Query-Efficient Algorithms to Find the Unique Nash Equilibrium in a Two-Player Zero-Sum Matrix Game

Auteurs : Arnab Maiti, Ross Boczar, Kevin Jamieson, Lillian J. Ratliff

17 pages

Résumé : We study the query complexity of identifying Nash equilibria in two-player zero-sum matrix games. Grigoriadis and Khachiyan (1995) showed that any deterministic algorithm needs to query $\Omega(n^2)$ entries in worst case from an $n\times n$ input matrix in order to compute an $\varepsilon$-approximate Nash equilibrium, where $\varepsilon<\frac{1}{2}$. Moreover, they designed a randomized algorithm that queries $\mathcal O(\frac{n\log n}{\varepsilon^2})$ entries from the input matrix in expectation and returns an $\varepsilon$-approximate Nash equilibrium when the entries of the matrix are bounded between $-1$ and $1$. However, these two results do not completely characterize the query complexity of finding an exact Nash equilibrium in two-player zero-sum matrix games. In this work, we characterize the query complexity of finding an exact Nash equilibrium for two-player zero-sum matrix games that have a unique Nash equilibrium $(x_\star,y_\star)$. We first show that any randomized algorithm needs to query $\Omega(nk)$ entries of the input matrix $A\in\mathbb{R}^{n\times n}$ in expectation in order to find the unique Nash equilibrium where $k=|\text{supp}(x_\star)|$. We complement this lower bound by presenting a simple randomized algorithm that, with probability $1-\delta$, returns the unique Nash equilibrium by querying at most $\mathcal O(nk^4\cdot \text{polylog}(\frac{n}{\delta}))$ entries of the input matrix $A\in\mathbb{R}^{n\times n}$. In the special case when the unique Nash Equilibrium is a pure-strategy Nash equilibrium (PSNE), we design a simple deterministic algorithm that finds the PSNE by querying at most $\mathcal O(n)$ entries of the input matrix.

Soumis à arXiv le 24 Oct. 2023

Explorez l'arbre d'article

Cliquez sur les nœuds de l'arborescence pour être redirigé vers un article donné et accéder à leurs résumés et assistant virtuel

Accédez également à nos Résumés, ou posez des questions sur cet article à notre Assistant IA.

Recherchez des articles similaires (en version bêta)

En cliquant sur le bouton ci-dessus, notre algorithme analysera tous les articles de notre base de données pour trouver le plus proche en fonction du contenu des articles complets et pas seulement des métadonnées. Veuillez noter que cela ne fonctionne que pour les articles pour lesquels nous avons généré des résumés et que vous pouvez le réexécuter de temps en temps pour obtenir un résultat plus précis pendant que notre base de données s'agrandit.