A game theory approach to conflicting preferences, service search and peer review problems

Este trabajo está compuesto por dos estudios teóricos y uno experimental, en los cuales se utiliza la teoría de juegos para modelar la interacción estratégica de los agentes económicos que toman parte en ellos y caracterizar y analizan las estrategias de equilibrio en los juegos, y en dos de ellos se utilizan estructuras de red para especificar sus inter-relaciones. Además, en uno se utiliza la Economía Experimental para obtener datos empíricos sobre el comportamiento de las personas a quienes se les presenta el juego. El primer trabajo de la tesis ‘Conflict and segregation in networks: An experiment on the interplay between individual preferences and social influence’ utiliza la metodología que brinda la Economía Experimental para testar los resultados expuestos en un artículo teórico previo sobre juegos en red con heterogeneidad de tipos. En él, los jugadores ganan puntos por cada coordinación con sus vecinos en su decisión. Cada tipo de jugador prefiere una acción en el sentido que gana más por cada coordinación en su acción preferida que en la otra, lo cual crea un conflicto de preferencias. Una analogía de este juego en el mundo real puede verse en el campo de los ordenadores, donde cada persona tiene una preferencia individual (por ejemplo, Mac versus Windows) pero, si muy poca gente o nadie de su entorno utiliza su sistema preferido, puede llegar a ignorarla en pro de una mayor coordinación. En este artículo añadimos una primera etapa donde los sujetos eligen con quienes desean conectarse. Ejecutamos tres tratamientos diferentes variando el nivel de heterogeneidad en la red: ninguna, baja y alta. Encontramos que, sin importar este nivel, los sujetos únicamente se conectan con aquellos con sus mismas preferencias. Las consecuencias de este comportamiento son la ineficiencia, tanto desde el punto de vista individual como el social, y la completa segregación de los jugadores según su tipo. El segundo estudio de la tesis ‘Analysis of Strategies to Promote Cooperation in Distributed Service Discovery’ utiliza la teoría de juegos para caracterizar perfiles de estrategias de equilibrio que sostengan la cooperación en procesos de búsqueda de servicios en una red de proveedores. Esto supone un enfoque novedoso a este tipo de modelos, ampliamente estudiados en el campo de la Inteligencia Artificial y sistemas Multi-Agente, sobretodo mediante simulaciones. Diseñamos un juego repetido y calculamos analíticamente las condiciones que debe tener el sistema de recompensas a la cooperación para que el perfil de estrategias donde todos los agentes en reenvían las solicitudes de servicios que ellos mismos no pueden resolver por una de sus conexiones elegida de manera aleatoria sea equilibrio en el juego. Esta estrategia se basa en la dinámica del proceso de recorrido de una red conocido como Random Walk, de la que nos servimos para caracterizar las condiciones que hacen que ningún agente tenga incentivos económicos a no cooperar. Además, demostramos que la estructura de la red tiene una influencia importante respecto a la tasa de éxito del proceso y cuantía de los pagos obtenidos, en media, por los agentes. Para contrastar los resultados expuestos y estudiar diferentes estructuras de red realizamos simulaciones con agentes virtuales. Los datos obtenidos experimentalmente van en la misma dirección que los analíticos, permitiéndonos además establecer rankings de estructuras en cuanto a rendimiento. En ellos, las redes Scale-free emergen como las número uno en todos los experimentos. El tercer y último capítulo de esta tesis ‘Bayesian model of peer review problem’ nuevamente se sirve de un enfoque de teoría de juegos para modelar el proceso de revisión de un artículo científico. El sistema de evaluación conocido como peer review consiste en someter un trabajo a juicio por parte de uno o más expertos en el área de conocimiento del mismo. En el ámbito académico es un sistema ampliamente utilizado por las revistas científicas para decidir qué artículos publicar, y quien mejor para tomar parte en este proceso que un comité de expertos en la materia. Pero esto puede conllevar conflictos de intereses y problemas de riesgo moral, ya que los autores habitualmente son competencia directa de los revisores en varios frentes (becas, financiación de proyectos, plazas laborales, etc.) y puede hacer que no emitan un juicio justo sobre el trabajo. Muchas ramas de investigación dentro de la economía han estudiado este tipo de problemas, pero hay escasos trabajos que se centren en el peer review problem. Nosotros adoptamos un enfoque económico, asumiendo agentes racionales maximizadores de utilidad individual. Para ello hemos modelado el sistema como un juego, donde los autores tienen una 'calidad' o 'nivel' a la hora de crear artículos y los evaluadores pueden ser de distintos tipos según su comportamiento a la hora de valorar los trabajos. Un autor no sabe con exactitud qué clase de evaluador va a revisar su artículo, únicamente tiene unas creencias sobre ello. Empleamos el concepto de equilibrio bayesiano para encontrar las estrategias de estabilidad, caracterizando el equilibrio pooling cuando las funciones de coste son constantes e iguales para todos los agentes, y el equilibrio separador para los demás casos (entendiendo el coste como la inversión realizada en el proceso de creación o evaluación). Adicionalmente realizamos estática comparativa, donde observamos que, generalmente, a mayor proporción de evaluadores no-confiables o tramposos, la calidad de los trabajos y de las valoraciones puede decrecer.This thesis is composed by two theoretical studies and an experimental one, in which game theory is used to model the strategic interaction between the economic agents who take part in the games and to analyze and characterize its equilibrium strategies. In two of them, network structures are used to specify the inter-relations among them, and in a third one Experimental Economics is used to obtain empirical data on the behavior of people who play the game. The first chapter of the thesis ‘Conflict and segregation in networks: An experiment on the interplay between individual preferences and social influence’ uses the Experimental Economics methodology to test the results obtained in a previous theoretical article about network games with heterogeneity of player types. In that game, players earn points for each coordination in the same action with her neighbors. Each type of player prefers one action above the other, i.e. the number of points earned is higher for the number of coordinations in their preferred action than in the other, what creates a conflict of preferences. One can find a real world analogy of this game in the personal computers market, where each person has an individual preference (for example, Mac vs Windows) but, if a low number of people uses her preferred system, this preference can be overcome by the will of coordinating with more people. In this article I add a first stage where subjects choose with who they would want to connect. We run three treatments varying the level of heterogeneity: none, low and high. I find that it does not matter, subjects only connect with those who have their same preferences in all treatments. The consequences of this behavior are inefficiency, from economic and social points of view, and the complete segregation of players by her type. The second study of this thesis ‘Analysis of Strategies to Promote Cooperation in Distributed Service Discovery’ uses game theory to characterize equilibrium strategy profiles which sustain cooperation in service search problems which take place in a provider’s networks. That is a new approach to that kind of models, widely studied by Artificial Intelligence and Multi-Agent systems disciplines, specially using simulations. I design a repeated game and I calculate analytically the conditions under which the strategy profile where all agents forward the service requests that they cannot solve to one of their randomly chosen connections is equilibrium of the game. This strategy relies on the well-known Random Walk process, which I use to characterize the conditions under which all agents have economic incentives to cooperate. Plus, I show that the network structure has a deep impact in the success rate of the search process and in the average payoff agents earn. To test the results obtained theoretically and to study different network structures I do computerized simulations with virtual agents. The experimental results go in the same direction that the theoretical analysis, allowing us to rank networks structures according to its performance. In all rankings the Scale-free structure emerges as the number one in all experiments. The third and last chapter of this thesis ‘Bayesian model of peer review problem’ again uses a game theory approach to model the reviewing process of a scientific article. The evaluation system known as peer review consists in the evaluation of a piece of work by one or more experts in the scientific field. The system is widely used by scientific journals to decide which articles to publish, and who would decide better than a committee of experts in the field. But it can carry conflict of interest and moral hazard problems, because authors are usually direct competitors of referees in several fronts like grants or positions, and they might emit unfair evaluations as a consequence. Several research branches inside economics have studied these kind of problems, but not many of them focus on the peer review system. I adopt an economic point of view, assuming rational agents who aim to maximize his individual utility. I model the system as a game, where authors have a ‘quality’ or ‘ability’ to create articles and evaluators can have different behaviors (different types in the game) evaluating them. An author cannot know exactly which kind of referee is evaluating his article, only has beliefs about it. I use the concept of Bayesian equilibrium to find stable strategies, characterizing the pooling equilibrium when the cost functions are constant and equal for all agents, and the separating equilibrium otherwise (understanding the cost as the investment made in the evaluating process). Additionally I do comparative statistics observing that, generally, a higher the proportion of cheater referees can cause a decrease in generated article’s quality