Bölüm 0: Hazırlık
Giriş
Oyunla Başlangıç: Taş-Kağıt-Makas
İki oyuncu aynı anda Taş, Kağıt ya da Makas seçer: Taş Makas'ı, Makas Kağıt'ı, Kağıt Taş'ı yener; aynı seçim berabere biter. Kazanan 1 puan alır, kaybeden 1 puan verir.
Taş-Kağıt-Makas oyunu bilgisayara karşı oynanır; rakip rastgele oynayabilir ya da hamlelerinizin sıklığını veya örüntüsünü öğrenebilir.
Sizce öğrenen bir bilgisayarın sizi uzun vadede yenemeyeceği bir oynayış var mı?
Hep Taş oynayan biri, rakibi bunu fark edince tur başına ortalama kaç puan kaybeder?
Giriş
Öğrenme Çıktıları
Küme, Kartezyen çarpım ve u1(s1, s2) gibi fonksiyon gösterimini okumak.
Bir toplamı açıp hesaplamak; en büyük değeri ve onu veren seçeneği ayırmak.
Eşit olası sonuçları sayarak ve bağımsız olayları çarparak olasılık bulmak.
Bir piyangonun ve karışık stratejinin beklenen kazancını hesaplamak.
(a, b) çiftini doğru okumak, en iyi tepkileri matriste işaretlemek.
Kayıtsızlık denklemini çözmek; oyun ağacını yapraktan köke çözmek.
Kümeler ve Fonksiyonlar
Küme ve Kartezyen Çarpım
Sezgi: Küme, seçeneklerin listesidir; iki kümenin Kartezyen çarpımı ise "birinciden bir, ikinciden bir" seçilerek kurulabilecek tüm sıralı çiftlerdir.
Ayşe'nin strateji kümesi S1 = {Taş, Kağıt, Makas}; Taş ∈ S1 ("Taş, S1'in elemanı"), eleman sayısı |S1| = 3.
Burak'ınki de S2 = {Taş, Kağıt, Makas}. Oyunun tüm olası sonuçları S1 × S2 kümesidir: |S1 × S2| = 3 · 3 = 9 çift. Her çifte strateji profili denir.
Kümeler ve Fonksiyonlar
Fonksiyon Gösterimi
Sezgi: Fonksiyon bir makinedir: girdiyi alır, tek bir çıktı verir. Kazanç fonksiyonu ui, bir strateji profilini alıp i. oyuncunun kazancını (bir sayı) verir.
u1(Taş, Makas) = 1: Ayşe Taş, Burak Makas oynarsa Ayşe 1 puan alır.
u2(Taş, Makas) = −1: aynı profilde Burak 1 puan verir.
u1(Kağıt, Kağıt) = 0: berabere.
Yazım: u1 : S1 × S2 → ℝ ("profilden gerçek sayıya").
Toplam ve En Büyük
Toplam Sembolü Σ
Sezgi: Σ "hepsini topla" demektir. Altındaki sayı nereden başlayacağını, üstündeki nerede duracağını söyler: 3Σi=1 xi = x1 + x2 + x3.
3Σi=1 xi = 4 + 1 + 6 = 11
Adil zarda her yüzün olasılığı 1/6: 6Σi=1 pi = 6 · 1/6 = 1. Olasılıkların toplamı her zaman 1'dir.
Beklenen değer de bir toplamdır: nΣi=1 xi · pi.
Toplam ve En Büyük
max ve argmax
Sezgi: max "en büyük değer kaç?" sorusunu, argmax "en büyük değeri hangi seçenek veriyor?" sorusunu cevaplar. Oyun kuramında oyuncu bir değer değil, bir eylem seçer; bu yüzden argmax daha sık kullanılır.
Dört kapalı karttan birini seçiyorsun; kartların ödülleri A: 3, B: 7, C: 2, D: 5 jeton.
max{3, 7, 2, 5} = 7 (bir sayı)
argmax = B (bir seçenek): "B'yi seç".
Toplam ve En Büyük
İzleme: Döngüyle argmax Bulma
eylem = ["A", "B", "C", "D"] kazanc = [3, 7, 2, 7] en_iyi = 0 # en iyinin indisi for i in range(1, 4): if kazanc[i] > kazanc[en_iyi]: en_iyi = i print(kazanc[en_iyi], eylem[en_iyi])
Başlangıç: ilk kartı (A, 3 jeton) şimdilik en iyi kabul et.
i = 1: kazanc[1] = 7 > 3 mü? Evet.
en_iyi = 1: yeni en iyi B (7 jeton).
i = 2: kazanc[2] = 2 > 7 mü? Hayır, en iyi değişmez.
i = 3: 7 > 7 mü? Hayır: eşitlikte kesin ">" ilk bulunanı tutar.
max = 7, kod argmax olarak B verir; D de 7 verdiği için argmax kümesi aslında {B, D}.
Turuncu çubuk: şu an bakılan kart. Yeşil çerçeve: şimdiye kadarki en iyi kart.
Olasılık ve Beklenen Değer
Olasılık: Sayarak Hesaplamak
Sezgi: Sonuçlar eşit olasıysa P(olay) = istenen sonuç sayısı / tüm sonuç sayısı. Bağımsız olaylar (birbirini etkilemeyen atışlar) için olasılıklar çarpılır.
Zarda çift gelme: {2, 4, 6} → 3/6 = 1/2.
İki yazı-turada iki yazı: 1/2 · 1/2 = 1/4.
İki zarda en az bir 6: tümleyenle hesapla. Hiç 6 gelmemesi (5/6)·(5/6) = 25/36, o hâlde 1 − 25/36 = 11/36. Tabloda 11 turuncu hücre.
Olasılık ve Beklenen Değer
Olasılık Dağılımı
Sezgi: Olasılık dağılımı, her olası sonuca bir olasılık yazan bir tablodur. Her olasılık 0 ile 1 arasındadır ve hepsinin toplamı 1'dir.
36 eşit olası sonuç var. Toplam 7'yi veren çiftler (1,6), (2,5), (3,4), (4,3), (5,2), (6,1): P(7) = 6/36. Toplam 2 yalnızca (1,1) ile olur: P(2) = 1/36.
Kontrol: 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 5 + 4 + 3 + 2 + 1 = 36, yani toplam olasılık 36/36 = 1.
Olasılık ve Beklenen Değer
Beklenen Değer
Sezgi: Beklenen değer, aynı rastgele deney çok kez tekrarlansaydı tur başına ortalama ne elde edeceğimizdir: her sonucu olasılığıyla çarp, topla.
E[X] = Σx x · P(X = x)
E[X] = 1·(1/6) + 2·(1/6) + 3·(1/6) + 4·(1/6) + 5·(1/6) + 6·(1/6)
= 21/6 = 3,5
Olasılık ve Beklenen Değer
İzleme: Piyangonun Beklenen Değeri
odul = [100, 20, 0] # TL olas = [0.05, 0.25, 0.70] E = 0 for i in range(3): E = E + odul[i] * olas[i] print("E =", E) print("net =", E - 12) # bilet 12 TL
Üç ödül ve olasılıkları; toplam olasılık 0,05 + 0,25 + 0,70 = 1. Toplayıcı E = 0.
100 · 0,05 = 5 eklenir: E = 5.
20 · 0,25 = 5 eklenir: E = 10.
0 · 0,70 = 0: boş bilet E'yi değiştirmez ama olasılığı yine sayılır.
Bir biletin beklenen ödülü 10 TL.
Bilet 12 TL: net beklenen kazanç 10 − 12 = −2 TL. Çok kez oynayan, bilet başına ortalama 2 TL kaybeder.
Olasılık ve Beklenen Değer
Örnek: Bu Zar Oyunu Oynanır mı?
Panayırda bir oyun: 10 TL ödeyip bir zar atıyorsun. 6 gelirse 40 TL, 5 gelirse 10 TL alıyorsun; başka bir sayıda hiçbir şey almıyorsun.
| Zar | Ödül x | P(x) | x · P(x) |
|---|---|---|---|
| 6 | 40 | 1/6 | 40/6 |
| 5 | 10 | 1/6 | 10/6 |
| 1, 2, 3, 4 | 0 | 4/6 | 0 |
| Toplam | 6/6 = 1 | 50/6 ≈ 8,33 |
Beklenen ödül ≈ 8,33 TL, giriş 10 TL: net ≈ −1,67 TL her oyunda. Risk umursanmıyorsa oynamak kârlı değil.
6 için ödül y olsun: (y + 10)/6 = 10 ⇒ y = 50 TL. Bu, tek bilinmeyenli bir denklemdir.
Karışık Strateji
Karışık Strateji Fikri
Sezgi: Karışık strateji (mixed strategy), oyuncunun kendi eylemleri üzerine koyduğu bir olasılık dağılımıdır: "Hangi hamleyi yapacağımı bir zar/para karar versin."
Zar at: 1–2 → Taş, 3–4 → Kağıt, 5–6 → Makas. Bu, (1/3, 1/3, 1/3) karışık stratejisidir.
Yazı-tura at, yazıda Taş; turada ikinci bir yazı-tura ile Kağıt ya da Makas: (1/2, 1/4, 1/4).
Tek bir eylemi kesin oynamak saf stratejidir: (1, 0, 0) = hep Taş.
Karışık Strateji
Karışık Stratejiye Karşı Beklenen Kazanç
Burak (1/2 Taş, 1/4 Kağıt, 1/4 Makas) oynuyor. Ayşe'nin her saf hamlesinin beklenen kazancı: tablodaki satırı Burak'ın olasılıklarıyla çarp ve topla.
| Ayşe ↓ / Burak → | Taş (1/2) | Kağıt (1/4) | Makas (1/4) | Beklenen kazanç |
|---|---|---|---|---|
| Taş | 0 | −1 | +1 | 0 − 1/4 + 1/4 = 0 |
| Kağıt | +1 | 0 | −1 | 1/2 + 0 − 1/4 = 1/4 |
| Makas | −1 | +1 | 0 | −1/2 + 1/4 + 0 = −1/4 |
argmax = Kağıt: Taş ağırlıklı bir rakibe karşı Kağıt tur başına ortalama 1/4 puan kazandırır. Beklenen değer + argmax birlikte "en iyi tepki" verir.
Kazanç Matrisi
Kazanç Matrisini Okumak
Sezgi: Satırları satır oyuncusu, sütunları sütun oyuncusu seçer; ikisinin kesiştiği hücre oyunun sonucudur. Hücredeki (a, b): a satır, b sütun oyuncusunun kazancı.
Ayşe elinde kırmızı ya da siyah bir kart tutar; Burak rengi tahmin eder. Burak kırmızıyı bilirse Ayşe'den 3, siyahı bilirse 1 jeton alır; yanılırsa Ayşe'ye 1 jeton verir. (Kırmızı, Kırmızı) = (−3, 3): Ayşe kırmızı tuttu, Burak bildi; Ayşe 3 verir, Burak 3 alır. Her hücrede a + b = 0: oyun sıfır toplamlıdır.
Kazanç Matrisi
Matrisi Okuma Alıştırması
- Ayşe Siyah tutar, Burak "Kırmızı" derse kim kaç jeton alır?
- Ayşe Siyah tutarken Burak'ın alabileceği kazançlar hangileri?
- Burak her turda "Kırmızı" diyorsa Ayşe hangi kartı tutmalı?
- Oyunda Ayşe'nin alabileceği en büyük ve en küçük kazanç kaç?
Cevapları göster
- (Siyah, Kırmızı) = (1, −1): Burak yanıldı; Ayşe 1 jeton alır, Burak 1 verir.
- Siyah satırındaki ikinci sayılar: −1 ("Kırmızı" derse) ve 1 ("Siyah" derse).
- "Kırmızı" sütununda Ayşe'nin sayıları: Kırmızı −3, Siyah 1. 1 > −3 ⇒ Siyah.
- Ayşe'nin sayıları (ilk sayılar): −3, 1, 1, −1. En büyük 1, en küçük −3.
En İyi Tepki
En İyi Tepki Sezgisi
Sezgi: "Rakibin ne yapacağını bilseydim ne yapardım?" sorusunun cevabı en iyi tepkidir (best response). Rakibin seçimini sabitle, kendi kazançlarına bak, argmax'ı al.
Burak hep "Kırmızı" der: Ayşe'nin sütundaki ilk sayıları Kırmızı −3, Siyah 1 ⇒ en iyi tepki Siyah.
Burak hep "Siyah" der: Kırmızı 1, Siyah −1 ⇒ en iyi tepki Kırmızı.
Burak karıştırıyorsa: her satırın beklenen kazancını hesapla, büyüğünü seç.
En İyi Tepki
İzleme: 2×2 Matriste En İyi Tepkiler
Ayşe satırı (Yukarı/Aşağı), Burak sütunu (Sol/Sağ) seçer. Henüz işaret yok.
Burak Sol oynarsa Ayşe ilk sayıları karşılaştırır: Yukarı 1, Aşağı 2 ⇒ Aşağı; 2 işaretlenir.
Burak Sağ oynarsa: Yukarı 3, Aşağı 0 ⇒ Yukarı; 3 işaretlenir.
Ayşe Yukarı oynarsa Burak ikinci sayıları karşılaştırır: Sol 2, Sağ 1 ⇒ Sol.
Ayşe Aşağı oynarsa: Sol 3, Sağ 0 ⇒ Sol. Burak için Sol her durumda daha iyi.
İki sayısı da işaretli tek hücre (Aşağı, Sol) = (2, 3): ikisi de en iyi tepkisini oynuyor, kimse tek başına değiştirmek istemez. Bu özelliğe Nash dengesi denir.
Denklemler ve Kayıtsızlık
İki Bilinmeyenli Doğrusal Denklem
Sezgi: İki bilinmeyen için iki denklem gerekir: çıkararak ya da yerine koyarak biri yok edilir, kalan bulunur, sonra geri yerine konur.
(1) 2z + d = 50 (2) z + d = 35 z: zar, d: deste fiyatı
(1) − (2): (2z + d) − (z + d) = 50 − 35 ⇒ z = 15
(2)'de yerine koy: 15 + d = 35 ⇒ d = 20
Kontrol (1): 2 · 15 + 20 = 50 ✓
Denklemler ve Kayıtsızlık
Kayıtsızlık Fikri
Sezgi: Bir oyuncu iki eylemi arasında gerçekten karıştırıyorsa iki eylem ona eşit beklenen kazanç vermelidir; biri daha iyi olsaydı hep onu oynardı. Buna kayıtsızlık denir.
Burak "Kırmızı"yı q olasılıkla derse Ayşe için E[K] = 1 − 4q, E[S] = 2q − 1.
q < 1/3: Kırmızı daha iyi. q > 1/3: Siyah daha iyi. Yalnız q = 1/3'te Ayşe kayıtsızdır.
Denklemler ve Kayıtsızlık
İzleme: Kayıtsızlık Denklemi
p: Ayşe'nin Kırmızı tutma olasılığı. q: Burak'ın "Kırmızı" deme olasılığı.
Burak "Kırmızı"yı q, "Siyah"ı 1 − q olasılıkla desin (toplam 1).
Ayşe Kırmızı tutarsa: E[K] = −3 · q + 1 · (1 − q) = 1 − 4q
Ayşe Siyah tutarsa: E[S] = 1 · q + (−1) · (1 − q) = 2q − 1
Kayıtsızlık: 1 − 4q = 2q − 1 ⇒ 2 = 6q ⇒ q = 1/3
Kontrol: E[K] = 1 − 4/3 = −1/3 ve E[S] = 2/3 − 1 = −1/3 ✓
Burak için aynı yol: E["K"] = 3p − (1 − p) = 4p − 1, E["S"] = −p + (1 − p) = 1 − 2p ⇒ 4p − 1 = 1 − 2p ⇒ p = 1/3
Sonuç: Ayşe kırmızıyı 1/3, Burak "Kırmızı"yı 1/3 olasılıkla seçer; Ayşe tur başına ortalama 1/3 jeton kaybeder.
Denklemler ve Kayıtsızlık
Oyuna Dönüş: Taş-Kağıt-Makas
Evet: (1/3, 1/3, 1/3). Rakip ne oynarsa oynasın beklenen kazanç 0'dır; ör. rakip Kağıt: 1/3 · (−1) + 1/3 · 0 + 1/3 · (+1) = 0. Üç hamle de kayıtsız olduğu için sömürülecek bir taraf kalmaz.
Rakibin en iyi tepkisi hep Kağıt: tur başına −1. Daha hafif bir yanlılık da kaybettirir: (1/2, 1/4, 1/4) oynayana karşı Kağıt, 1/2 · (−1) + 1/4 · 0 + 1/4 · (+1) = −1/4 getirir.
| Senin karışımın (T, K, M) | Rakibin en iyi tepkisi | Senin beklenen kazancın |
|---|---|---|
| (1, 0, 0): hep Taş | Kağıt | −1 |
| (1/2, 1/4, 1/4) | Kağıt | −1/4 |
| (1/3, 1/3, 1/3) | hepsi eşit | 0 |
Oyun Ağacı
Oyun Ağacını Okumak
Sezgi: Sıralı oyunlarda oyun ağacı kullanılır: daire içindeki düğüm sıranın kimde olduğunu, dallar eylemleri, alttaki yapraklar oyun bitince (Ayşe, Burak) kazançlarını gösterir.
Ayşe kartını saklar ya da gösterir. Burak, Ayşe'nin ne yaptığını görerek devam eder ya da çekilir.
Yol Sakla → Çekil: yaprak (3, 0); Ayşe 3, Burak 0 alır.
Burak'ın iki düğümü vardır; her birinde ayrı karar verir.
Oyun Ağacı
İzleme: Geriye Doğru Çıkarım
Fikir: son hamleyi yapandan başla. Burak'ın her düğümde ne seçeceği belli olunca Ayşe'nin kararı kolaylaşır.
Sakla'dan sonra Burak ikinci sayıları karşılaştırır: Devam 2, Çekil 0 ⇒ Devam. Bu düğümün değeri (1, 2).
Göster'den sonra Burak: Devam 1, Çekil 3 ⇒ Çekil. Bu düğümün değeri (2, 3).
Ayşe kökte, Burak'ın cevaplarını bilerek karşılaştırır: Sakla → 1, Göster → 2 ⇒ Göster.
Sonuç yolu: Göster → Çekil, kazanç (2, 3). (3, 0) yaprağı Ayşe için en büyük sayıdır ama Burak oraya hiç gitmez.
Özet
Sık Yapılan Hatalar
| Konu | Hata | Doğrusu |
|---|---|---|
| Profil | (Taş, Kağıt) = (Kağıt, Taş) | Sıra önemli: önce Ayşe, sonra Burak |
| Σ | (Σ xi)² = Σ xi² | Önce terimleri hesapla, sonra topla |
| argmax | "argmax = 7" | argmax bir seçenektir (B); max değerdir (7) |
| Olasılık | En az bir 6: 1/6 + 1/6 | 1 − (5/6)² = 11/36 |
| Beklenen değer | "E = 3,5 gelecek" | Uzun vadeli ortalama; tek atışta gelmeyebilir |
| Karışık strateji | Sırayla değiştirmek | Her tur rastgele tek bir saf hamle |
| Matris | b'yi satır oyuncusuna yazmak | (a, b): a satır, b sütun oyuncusunun |
| En iyi tepki | Rakibin sayısına bakmak | Rakibin seçimini sabitle, kendi sayılarını karşılaştır |
| Kayıtsızlık | p'yi Ayşe'nin denkleminden bulmak | p, Burak'ı kayıtsız bırakan denklemden çıkar |
| Oyun ağacı | Kökten başlamak | Yapraktan köke: önce son hamle |
Özet
Özet
S1 × S2: tüm profiller. ui(profil) = i. oyuncunun kazancı (bir sayı).
Σ: terimleri hesapla, topla. max: en büyük değer; argmax: onu veren seçenek.
Eşit olası: say ve böl. Bağımsız: çarp. "En az bir": 1 − hiç.
E[X] = Σ x · P(x): tur başına uzun vadeli ortalama.
Kendi eylemlerin üzerinde olasılık dağılımı; her tur bir saf hamle.
(a, b): a satır, b sütun oyuncusunun kazancı.
Rakibin seçimini sabitle; kendi kazancının argmax'ı.
Karıştıran oyuncunun eylemleri eşit beklenen kazanç verir ⇒ rakibin olasılığı bulunur.
Ağacı yapraktan köke çöz: her düğümde sıradaki oyuncu en iyisini seçer.
Özet
Kendini Dene
- İki yazı-tura atılıyor. En az bir yazı gelme olasılığı kaç?
- Bir piyango 0,2 olasılıkla 50 TL, 0,8 olasılıkla 0 TL ödüyor; bilet 8 TL. Net beklenen kazanç kaç?
- Kazançlar Taş: 2, Kağıt: −1, Makas: 2. max ve argmax nedir?
- Burak (1/4 Taş, 1/2 Kağıt, 1/4 Makas) oynuyor. Ayşe'nin en iyi tepkisi hangi hamle?
- x + y = 1 ve 3x = y ise x ve y kaçtır?
Cevapları göster
- 1 − P(iki tura) = 1 − 1/4 = 3/4.
- E = 50 · 0,2 = 10 TL; net 10 − 8 = +2 TL.
- max = 2; argmax = {Taş, Makas} (eşitlik: iki seçenek).
- E[Taş] = −1/2 + 1/4 = −1/4; E[Kağıt] = 1/4 − 1/4 = 0; E[Makas] = −1/4 + 1/2 = 1/4 ⇒ Makas.
- x + 3x = 1 ⇒ x = 1/4, y = 3/4.
Son
Çalışma soruları · Terim sözlüğü · Ön koşullar