• Aucun résultat trouvé

Representation of a Decision Problem under Uncertainty 

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Representation of a Decision Problem under Uncertainty "

Copied!
22
0
0

Texte intégral

(1)

 

Background 

EXPECTED UTILITY AND ITS VIOLATIONS   

 

17/09/2007 

  

Abdellaoui Mohammed   

 

 

(2)

1. Preliminaries 

Representation of a Decision Problem under Uncertainty 

 

• The DM is about making a choice from a set of possible actions; 

• The consequence of any action is determined not just by the action itself but also by a  number of external factors (beyond the control and unknown); 

• These  external  factors  are  called  states  of  the  world.  They  are  the  carriers  of  uncertainty; 

• The DM is assumed to have a complete description of these external factors through a  set of states that are mutually exclusive and collectively exhaustive; 

• A  consequence  results  from  the  choice  of  a  specific  action  and  the  occurrence  of  a  specific state of the world.  

(3)

Decision Table 

    States of nature

        …   

Acts / Actions 

      …   

      …   

      …   

 

• The set of states of the world will be denoted by   (not necessarily finite); 

• Subsets of   are called events; and an event   obtains if it contains the true state. 

• The set of consequences is denoted by  . 

•  is constant if   for some  ; and   is simple if   is finite. 

• Notation:  : ; : ; … ; : . 

(4)

Risk versus Uncertainty  RISK 

• The  DM  is  in  a  context  of  decision  under  risk  if  the  set  of  states  of  the  world  is  exogenously given with a probability distribution  . 

 

o , where   is the probability distribution generated by act  . 

If  : ; : , then  : ; :  with  .  

o A  simple  act    such  that  , … ,   generates  a  simple  probability  distribution   satisfying  , … , .   is called a simple lottery (giving 

 with probability  , … , ). 

o We  will  assume  that  the  set  of  alternatives  is  the  set    of  simple  probability  distributions on  .  

 

(5)

UNCERTAINTY (Subjective) 

 

• Most  uncertainties  in  decision  making  concern  one‐shot  events  for  which  no  exogenously (objective) given probabilities are available. 

• De  Finetti  (1931),  Ramsey  (1931),  and  Savage  (1954)  subsequently  showed  that  probabilities can still be defined for one‐shot events. 

• They suggest inferring probabilities or degrees of belief from the DM's willingness to  bet (on events). 

 

o Example: 

Event   will be considered as more likely than event   for the decision maker if  she / he prefers act  :  €;   :  to act  :  €;   :

 

(6)

2. Formal Representation of the DM Preferences  

• The DM preferences and tastes are represented by means of a binary relation   on the  set   of alternatives.  

•  means that the DM weakly prefers object   to object  ; the DM holds   to be at  least as good as  . 

 

Strict Preference 

 if   and 

 

Indifference 

 if   and 

   

Non­triviality 

(7)

 for some  , Weak Order 

•  is a weak order if it is  

o transitive (  and  ) and  

o complete (for all  ,  or   or both). 

 

Numerical Representation 

• :  represents   if :  . 

 

Observation 

• If   represents   on  , then   is a weak order. 

(8)

•  

• If   represents   on  , then:  

o (i)    ;  

o (ii)    

             

(9)

Fundamental Properties 

 

Assume that   is a weak order. Then: 

a)    and   are reflexive. 

b)    is transitive. 

c)  For no   and   we have   and   (  is asymmetric). 

d)  [  and  ] and  [  and  ]. 

e)    is an equivalence relation, i.e. reflexive, transitive and symmetric ( ). 

f) If   then   is substitutable for   in every preference. 

g)   . 

 

(10)

3. Expected Utility with Known Probabilities 

• Let   be a set of outcomes and   the set of simple lotteries on  . 

•  denotes the weak preference relation on  . Strict preference and indifference are  defined as usual. 

•  satisfies first order stochastic dominance on   if for all  , ,  whenever 

 and for all   : : . 

• For  , , the combination   of lotteries   and   is a lottery.  

•  can be interpreted as a compound (two‐stage) prospect giving   with  probability   and   with probability  .  

•   is  Jensen  Continuous  if  for  all  prospects  , , if    then  there  exist 

, ,  such that   and  . 

(11)

• The  key  axiom  of  Expected  utility  theory  with  known  probabilities  is  called  vNM‐

independence. 

vNM­independence 

• For all  , , , , :  . 

 

• This  axiom  says  that,  if  a  decision  maker  has  to  choose  between  prospects    and  ,  her  choice  does  not  depend  on  the  ‘common  consequence’  . 

     

   

P

Q 1

P

Q

R 1

P

Q R

(12)

The Expected Utility Theorem 

 

• A  Jensen‐continuous  weak  order  satisfying  vNM‐independence  on  the  set    is  necessary and sufficient for the existence of a utility function  :  such that 

 

  , , , , , 

 

where  , ∑   for  any  prospect  .    is  unique  up  to  a  positive  affine  transformation (i.e. unique up to level and unit). 

   

(13)

4. Expected Utility with Unknown Probabilities 

• An act is a function from   to  , the set of outcomes. The set of acts is denoted by  . 

• For outcome  , event  , and acts   and  : 

•  denotes the act resulting from   if all outcomes   on    are replaced by the  corresponding outcomes   (by consequence  ). 

•   denotes  the  act  resulting  from    if  all  outcomes    on    are  replaced  by  consequence  . 

•  denotes the act giving consequence   if  , and consequence   otherwise. 

• The set of simple acts   is provided with a (non‐trivial) weak order  . 

• The preference relation on acts is extended to the set of consequences by the means of  constant acts. 

• An event   is said to be null if the decision maker is indifferent between any pair of  acts differing only on  . 

(14)

• Small event Continuity Axiom: For any non‐indifferent acts ( ), and any outcome  ( ), the state space can be (finitely) partitioned into events ( , … , ) small enough  so that changing either act to equal this outcome over one of these events keeps the  initial indifference unchanged (  and   for all  , , … , . 

 

Sure­thing Principle 

• For all events   and acts  , ,  and  .  

 

• The  sure‐thing  principle  (Axiom  P2)  states  that  if  two  acts    and    have  a  common  part over ( ), then the ranking of these acts will not depend on what this common  part is. 

 

(15)

Eventwise Monotonicity 

• For all non‐null events  , and outcomes   and acts  ,  

• . 

 

Likelihood Consistency 

• For all events   and outcomes   and  ,   . 

• Likelihood consistency (axiom P4) states that the revealed likelihood binary relation   (read ‘weakly more likely than’) defined over events by 

   if for some   

is independent of the specific outcomes  ,  used.  

• The likelihood relation  , represents the DM beliefs.  

(16)

 

Savage's Subjective Expected Utility 

Subjective Probabilities from Preferences 

Savage axioms (P1 to P6) are sufficient for the existence of a unique subjective probability  measure   on  2 , preserving likelihood rankings  

 

,   

and satisfying convex‐rangeness    

, ,  for some  ). 

(17)

Savage's Theorem 

Under Savage's axioms (P1 to P6), there exists a vNM utility function on   such that the  decision maker ranks simple acts   on the basis of  , . 

5. Violations of Expected Utility 

Three important Experimental Results 

1. The Allais Paradox 

2. The Ellsberg Paradox 

3. The Fourfold Pattern of Risk Attitudes 

       

(18)

The Allais Paradox 

 

The  most 

frequent choice pattern is  .  

• Let  $  and   two lotteries. We have 

. .        and       . .  

. .      and        . . . 

 

Probabilities 

0.01   0.01  0.89 

$1M  $1M  $1M 

0  $5M  $1M 

A’  $1M  $1M  0 

B’  0  $5M  0 

(19)

The Allais Paradox   

 

•        and        violate the sure‐thing principle. 

   

The Ellsberg Paradox   

States ( ) 

     

fAUB $1M  $1M  $1M 

gAUB 0  $5M  $1M 

fAUBh'  $1M  $1M  0 

gAUBh'  0  $5M  0 

(20)

 

30 balls  60 balls 

Red  Black  Yellow 

$1000  0  0 

0  $1000  0 

f’  $1000  0  $1000 

g’  0  $1000  $1000 

 

• Ellsberg claimed that many reasonable people will exhibit the choice pattern  . He  suggested that preferring   to   is motivated by ambiguity aversion: the DM has more  precise knowledge of the probability of the 'winning event' in act   than in act  . 

 

The Ellsberg Paradox 

(21)

 

30 balls  60 balls 

Red  Black  Yellow 

$1000  0  0 

0  $1000  0 

f’  $1000  0  $1000 

g’  0  $1000  $1000 

 

• In the second choice situation, the choice of act   can be explained by the absence of  precise knowledge regarding the probability of event Y.  

   

The Ellsberg Paradox 

(22)

 

30 balls  60 balls 

Red  Black  Yellow 

$1000  0  0 

0  $1000  0 

f’  $1000  0  $1000 

g’  0  $1000  $1000 

 

• In terms of likelihood relation  , it can easily be shown that, under expected utility,  the  choice  pattern    implies  two  contradictory  likelihood  statements,  namely 

 and 

 

Références

Documents relatifs

• Segmented Discourse Representation Theory (SDRT) exploits graphs to model discourse structures and de- fines coherence relations via their semantic effects on commitments rather

يناثلا بلطملا : كنبلا طاشن عاونأ ةدع عم لمعي ونإف وتظفلز رطخ صيلقتل يرئازلجا نيطولا كنبلا نم ايعس و ليالدا فزاوتلا قيقتح ؼدبه لجلأا ينب

These receptors play a crucial role in generating the transcriptional response to Lm by signaling to transcription factors such as nuclear factor-κB (NF-κB) [ 26 ], which regulates

Using RNA sequencing, here we identify novel splicing alterations in DM heart samples, including a switch from adult exon 6B towards fetal exon 6A in the cardiac sodium channel,

Specialty section: This article was submitted to Brain Imaging Methods, a section of the journal Frontiers in Neuroscience Received: 15 March 2018 Accepted: 07 May 2018 Published:

The key identifying assumption for estimation of the α parameters in equations (13) and (14) is that, absent the program, occupational choices respond to children demographics and

C’est sûr qu’il y a toujours cette peur de l’erreur, car on a tendance à faire le lien entre erreur et échec — du moins dans notre culture française —, et que c’est donc

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des