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“娜样辉煌”背后的博弈战术——基于混合策略

发布人: 来源: 发布时间:2021-06-03 03:50

  击败意大利老将斯齐亚沃尼,成为亚洲第一位大满贯冠军得主,书写了中国网球的辉煌传奇。本文从体育博弈论的基本理论出发,主要运用混合策略纳什均衡的分析方法,重点阐述在网球比赛的发球环节中,选手如何针对自身和对手的实力水平做出理性的策略选择。

  所谓博弈,即“一些个人、队组或其他组织,面对一定的环境条件,在一定的规则下,同时或先后,一次或多次,从各自允许选择的行为或策略中进行选择并加以实施,各自取得相应结果的过程。”而博弈论即是研究在博弈情境下博弈参与者的理性行为的理论,也可以说是竞争者如何根据环境和竞赛对手的情况变化,采取最优策略和行为的理论。这一新兴热门、运用广泛而又处于不断发展之中的学科领域之所以被称为”Game Theory”,也正是与其策略选择和策略依存密不可分。体育运动最显著的特征是具有鲜明的竞争性,而其中运动员之间的相互影响和作用,利益和冲突,竞争与合作,很多行为都可以从博弈论的角度进行解释并得到启发意义。

  与博弈的基本要素相对应,我们可以将一项体育赛事分为以下几个方面,以此作为分析框架的概念准备:

  (1)比赛成员:即运动员双方,以法网女单决赛为例,即李娜和斯齐亚沃尼,此为博弈的参与者。

  (2)比赛战术:体育项目多数情况下都有教练,而教练布置的不同的战术,将在很大程度上对比赛带来不同的结果,另一方面运动员自身对于战术的把握和灵活运用也相当重要。例如网球比赛的发球中,发球者发直线球还是斜线球,接球者在准备时往左倾还是右倾,这些都需要有一定的战术素养。此为博弈的策略或行为集合。

  (3)比赛次序:包含在比赛规则当中,但次序的不同会给结果带来很大影响,这是显而易见的。如网球比赛中发球者的先后次序安排。此为博弈进行的次序。

  (4)比赛结果:所有的体育竞赛项目最后的结果主要有3种形式:胜、平、负,对应此次网球比赛即谁最终夺冠或李娜是否实现其大满贯冠军的梦想。此为博弈的得益。

  以上是博弈理论的基本要素在体育方面的具体呈现,下面结合此次网球比赛的实例进行进一步分析。

  李娜在过去和斯齐亚沃尼有过四次交锋,两人平分秋色。不过在唯一一次红土交战正是去年的法网32强,直落两盘取胜的斯齐亚沃尼也最终摘得了冠军。一年后两人再度相遇,晋升为大满贯冠军的斯齐亚沃尼再次打进决赛,证明去年的成功绝非昙花一现。而李娜也在连克多名夺冠热门后连续第二项大满贯进入争冠战,吸取澳网教训的中国金花剑指巴黎的苏珊-朗格朗杯。

  巅峰的对决,是技术和战术的双重考验,首先必然需要知己知彼。根据两人历次比赛的技术风格和特点进行对比,数据显示如下:

  也许对比结果有些出乎意料:李娜仅在正手和发球这两项上相对于对手具有优势,在其他方面甚至于心理上,老将斯齐亚沃尼都占据上风。那么,最终的取胜又是凭借什么呢?让我们再来看一下本次比赛的技术统计:

  我们看到,李娜在多环节上均占优势,一发成功率接近80%,一发得分率、二发得分率均高于斯齐,而31分的制胜分更是近对手的3倍。1月19日在澳网公开赛与俄罗斯姑娘罗迪娜的对战中,一发成功率也高达75%。这很大程度归功于李娜堪称网坛前五的强劲正手。但我们知道,赛场上始终只发挥自己的优势,或者只关注对方的弱势显然都不是最佳策略。混合策略的娴熟运用才是制胜秘籍。现在我们从纯理论的角度建立博弈模型对此展开分析。

  矩阵中的数字代表对应情况下取胜的概率。例如李娜如果正确猜到斯齐将针对自己的反手,那么李娜将有50%的可能性赢得该球;如果李娜正确地猜到正手球,那么她将有80%的可能性赢得该球。反之,如果李娜猜是反手球,而斯齐却发了正手球,那么李娜赢球的可能性将只有10%;若李娜误猜了正手球,那么她赢球的概率将为20%。

  基本的模型建立即是如此。现在的问题是,斯齐知道李娜正手相对于自己有优势,她应该尽量避免发正手球,但李娜显然也知道斯齐会有这样的想法,因此在战术和心理上都会做好接反手球的准备(获胜率50%)。而一旦李娜倾向于接反手球,斯齐针对其强项正手球的攻击就更具有杀伤力(获胜率90%)。接下来,假设斯齐一直针对李娜的正手,李娜意识到这一点,于是总是做好接正手的准备(获胜率80%);此时斯齐意识到如果能够骗过李娜更好,于是就发李娜的反手球(获胜率80%),李娜很快意识到,于是预料斯齐发反手球(获胜率50%);斯齐再次调整到正手球(获胜率90%);李娜再次预测到正手球(获胜率80%)。如此经过一个循环,双方又回到出发点,可见在长期中没有绝对的最优战略。

  事实上,简单的划线法(如图)可知,该博弈不存在纯策略意义上的纳什均衡,双方都将采用正反手相结合的混合策略。即斯齐将以p的概率发反手球,以1-p的概率发正手球;而李娜预计对方发反手和正手球的概率分别为q和1-q。现要计算李娜的纳什均衡策略(q,1-q),基本思想是李娜的混合策略将使斯齐无论选正手还是反手发球的得益相同。

  李娜的均衡策略即选取适当的q使得EU(S1)=EU(S2),解得q=0.6.即李娜以0.6的概率预计斯齐发反手球,以0.4的概率预计发正手球,在此种情况下斯齐无论选择何种策略期望得益都相同,即她无法单纯从改变策略中得到任何好处。

  运用同样的思想我们可以算出斯齐的混合策略纳什均衡(0.7,0.3),即以0.7的概率发反手球,0.3的概率发正手球,这样李娜的两种选择期望得益也相同。

  上述思想是混合策略纳什均衡求解方法的直接运用,最终结果也只是找到了均衡策略,对于实际比赛中错综复杂的情况应变显然是不够的。现在不妨考虑李娜在换了教练莫腾森之后加强了反手训练(实际如今李娜的反手斜线也成为了她的另一大利器)。此时博弈的得益矩阵将会略有变化,体现在当斯齐运用反手发球且李娜也预计到斯齐采取反手时,李娜的获胜概率将会随她的反手水平上升而提高,新的得益将分别为(30,70),其他情况下得益不发生变化,则新的得益矩阵为:

  在代数计算之前,我们先运用常识进行直觉判断:李娜反手球的水平提高带来的直接影响是她将会以更大的概率倾向于左边(反手),即此时q将增大。但我们稍作思考便知体育比赛不仅要考虑自身的变化,还需要考虑该变化给对手带来的影响及对手的策略改变,即李娜反手球的水平提高带来的间接影响。斯齐会意识到这种变化,并因此降低自己发反手球的概率(p降低),而这又将进一步导致李娜预计斯齐发反手球的概率降低,即间接影响将导致q减小。那么,直接影响和间接影响到底哪个起主导作用?也就是q到底如何变化呢?

  我们再一次运用上述混合策略纳什均衡的计算方法,要求出李娜的均衡策略(q,1-q),根据斯齐正反手的期望得益相等:30*q+80*(1-q)=90*q+20*(1-q),得q=0.5<0.6,可见间接影响占主导。李娜反手接球的水平提高了,她在接球时往左倾的概率反而减小,这对于双方教练进行战术指导时具有重要意义。这也正是体育学界的学者越发重视博弈论深入研究的原因所在。

  如果我们对该博弈的原理有了更为透彻的认知,上述问题也可以直接通过对均衡的推理得出结论。假设李娜预计正反手球的概率q在其提高反手水平后没发生变化,此时斯齐将只会选择发正手球,博弈处于非均衡状态。为了使斯齐达到均衡,李娜的选择便只能是更多地往右倾,即预计正手球。此时1-q增大,q减小。因此我们也可以绕过直接间接影响的对比以及对均衡概率的计算,而得出相同的结论。

  当然,正式网球比赛的取胜是多因素综合较量的结果,运动员的技术水平、对环境和场地的适应性、教练员的战术指导、对对手技术状态的及时掌握甚至运气等都起到至关重要的作用。但在法网公开赛这样备受瞩目的大型赛事中,运动员的实力相差近乎不大,此时策略的运用与心理素质的提升,或许才真正是制胜的关键。尤其是如何使战术随临场情况而变化,使对手摸不着、猜不透,从而占据主动地位,李娜的获胜也得益于她对于球局主动娴熟的掌控。

  本文所运用的混合策略纳什均衡分析,很大程度上仍停留于理论层面,简化了模型,原理也较为浅显。但仍可作为体育博弈思想的实例运用,从中可以看出博弈理论之博大精深以及其对于赛事战术分析乃至生活智慧的指导价值。

  谢识予,《经济博弈论》,复旦大学出版社2010年2月第三版,P4.

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