承运人联盟合作博弈及其机制设计

• 作 者: 王文杰
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 承运人联盟 合作博弈 机制设计 收益分摊 航运物流

航运物流中，承运人合作结盟是一个很普遍的现象。通过合作，承运人可以优化服务网络，提高服务质量，增加资产利用率，扩大服务范围，形成规模经济效应，进而增强市场竞争力。然而承运人形成联盟后面临的一个主要问题是：如何对联盟的收益进行分摊使得各成员认为是公平的，如何激励成员按照联盟的收益最大化进行决策。否则，联盟就会变得不稳定甚至是破裂。本文以合作博弈为理论框架去设计一种有效的机制保证承运人联盟的稳定和合作的可持续性。　　
本文首先定性的总结了承运人结盟的原因，并且以非合作博弈中的演化博弈理论为基础对承运人竞争与合作的演化过程以及承运人结盟的内在机制进行了定量的分析，建立了承运人群体的演化博弈模型，并且得出其复制动态方程和演化相位图。承运人竞争与合作的演变取决于结盟前后收益变化以及初始状态。　　
给定一个承运人联盟，由于每个承运人按照各自收益最大化进行决策，这就导致了联盟与成员的收益最大化往往是不一致的。强制性的要求成员按照联盟的最大利益进行决策是不现实的。本文以合作博弈理论为基础设计了一种有效的机制去保证成员按照联盟的收益最大化进行决策。本文假设联盟成员互用资源时不是免费的，而是需要交纳一定的租金。承运人的收益来源于两部分：通过提供运输服务获得的收益和出租资产获得的收益。资源互租为承运人带来了补偿性支付，这会激励承运人主动出租多余的资源，既提高了成员的承运能力，也提高了资源利用率。技术上，我们分别对联盟和成员的决策过程进行数学建模，然后利用线性规划逆优化技术调整资源互租价格参数，使得联盟的最优解成为成员模型的最优解。并且，本文在逆优化模型中引入了理性约束条件，即每个承运人结盟后获得的收益不低于结盟之前的收益。本文设计的机制对联盟的收益进行了公平合理的分配，同时激励每个成员主动按照联盟的收益最大化进行决策。　　
集装箱和航线上的运力是承运人拥有的重要资源。空箱调运是集装箱运输的一个重要问题，产生了巨大的浪费。运力是易逝的，即一旦船只离开港口，多余的运力变的没用。本文提出承运人可以通过“集装箱共享”和“运力互租”形成联盟去减少浪费和增加盈利能力，并且对联盟成员之间相互作用的机制进行了深入的研究。　　
“核”与“夏普利值”是合作博弈理论中关于收益分配的经典解，为联盟的稳定性提供了一个检验标准。本文最后研究了如何将这两个经典的解引入我们的机制设计模型，使得机制设计更加有效和公平。