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数学家约翰·纳什对经济的贡献

xiawuyouke 趣味数学故事 2022-01-04 20:11:07 63 0 数学家


数学家约翰·纳什对经济的贡献


数学家约翰·纳什

约翰·纳什(John Nash,1928年6月13日—2015年5月23日),全名为约翰·福布斯·纳什(John Forbes Nash, Jr.),提出纳什均衡的概念和均衡存在定理,是著名数学家,前麻省理工学院助教,后任普林斯顿大学数学系教授,主要研究博弈论、微分几何学和偏微分方程。 由于他与另外两位数学家在非合作博弈的均衡分析理论方面做出了开创性的贡献,对博弈论和经济学产生了重大影响,而获得1994年诺贝尔经济学奖。

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约翰·纳什的父亲老约翰·福布斯·纳什(John Forbes Nash, Sr.)来自德克萨斯州,是一名电气工程师,任职于阿巴拉契亚电力公司(Appalachian Electric Power Company),是第一次世界大战的老兵,当时在法国担任负责后勤工作的中尉;母亲玛格丽特·弗吉尼亚·马丁(Margaret Virginia Martin)生于布鲁菲尔德,结婚前是当地的一位中小学教师,教英语和拉丁语。

纳什从小就显得内向而孤僻。他生长在一个充满亲情温暖的家庭中,幼年大部分时间是在母亲、外祖父母、姨妈和亲戚家的孩子们的陪伴下度过,但比起和其他孩子结伴玩耍,他总是偏爱一个人埋头看书或躲在一边玩自己的玩具。

小纳什虽然并没有表现出神童的特质,但却是一个聪明、好奇的孩子,热爱阅读和学习。纳什的母亲和他关系亲密,或许出于教师的职业天性,她对纳什的教育格外关心,早在纳什进入幼儿园前,就开始亲自教育、辅导他。而纳什的父亲则喜欢和孩子们分享自己在科学技术上面的兴趣,能够耐心地回答纳什提出的各种自然和技术的问题,并且给了他很多的科普书籍。少年时期的纳什还特别热衷做电学和化学的实验,也爱在其他孩子面前表演。

纳什就读于布鲁菲尔德当地的中小学,然而在学校里,纳什的社交障碍、特立独行、不良的学习习惯等时常受到老师的诟病。这些问题令纳什的父母忧虑,曾经想过很多办法,但收效甚微。

小学时期,纳什的学习成绩(包括数学成绩)并不好,被老师认为是一个学习成绩低于智力测验水平的学生。比如在数学上,纳什非常规的解题方法就备受老师批评,然而纳什的母亲对纳什充满信心,而后来的事实也证明,这种另辟蹊径恰恰是纳什数学才华的体现。这种才华在纳什小学四年级时便初现端倪,而高中阶段,他常常可以用几个简单的步骤取代老师一黑板的推导和证明。而真正让纳什认识到数学之美的,恐怕要数他中学时期接触到的一本由贝尔(E.T.Bell)所写的数学家传略《数学精英》(Men of Mathematics),纳什成功证明了其中提到的和费马大定理有关的一个小问题,这件事在他的自传文章中也有提及。

1948年,大学三年级的纳什同时被哈佛、普林斯顿、芝加哥和密执安大学录取,而普林斯顿大学则表现得更加热情。当普林斯顿大学的数学系主任莱夫谢茨感到纳什的犹豫时,就立即写信敦促他选择普林斯顿,这促使纳什接受了一份1150美元的奖学金。由于这一笔优厚的奖学金以及与家乡较近的地理位置,纳什选择了普林斯顿大学,来到阿尔伯特·爱因斯坦当时生活的地方,并曾经与他有过接触。他显露出对拓扑、代数几何、博弈论和逻辑学的兴趣。约翰·冯诺依曼(John vonNeumann)在1944年与普林斯顿大学经济学家奥斯卡·摩根士特恩(OskarMorgenstern)的著述《博弈论和经济行为》,通过阐释二人零和博弈论,正式奠定了现代博弈论的基础。1950年,22岁的纳什以非合作博弈(Non-cooperative Games)为题的27页博士论文毕业。他在那篇仅仅27页的博士论文中提出了一个重要概念,也就是后来被称为“纳什均衡”的博弈理论。"纳什均衡”是他21岁博士毕业的论文,也奠定了数十年后他获得诺贝尔经济学奖的基础。

纳什30岁,刚取得麻省理工学院的终身职位,后来,他因为幻听幻觉被确诊为严重的精神分裂症,然后是接二连三的诊治,短暂的恢复,和新的复发。正当纳什本人处于梦境一般的精神状态时,他的名字开始出现在70年代和80年代的经济学课本、进化生物学论文、政治学专著和数学期刊的各领域中。他的名字已经成为经济学或数学的一个名词,如“纳什均衡”、“纳什谈判解”、“纳什程序”、“德乔治-纳什结果”、“纳什嵌入”和“纳什破裂”等。

纳什的博弈理论越来越有影响力,但他本人却默默无闻。大部分曾经运用过他的理论的年轻数学家和经济学家都根据他的论文发表日期,想当然地以为他已经去世。即使一些人知道纳什还活着,但由于他特殊的病症和状态,他们也把纳什当成了一个行将就木的废人。

20世纪80年代末期,纳什渐渐康复,从疯癫中苏醒,而他的苏醒似乎是为了迎接他生命中的一件大事:1994年,他和其他两位博弈论学家约翰·C·海萨尼和莱因哈德·泽尔腾共同获得了诺贝尔经济学奖。

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非合作博弈论

1950年和1951年纳什的两篇关于非合作博弈论的重要论文,彻底改变了人们对竞争和市场的看法。他证明了非合作博弈及其均衡解,并证明了均衡解的存在性,即著名的纳什均衡。从而揭示了博弈均衡与经济均衡的内在联系。纳什的研究奠定了现代非合作博弈论的基石,后来的博弈论研究基本上都沿着这条主线展开的。然而,纳什天才的发现却遭到冯·诺依曼的断然否定,在此之前他还受到爱因斯坦的冷遇。但是骨子里挑战权威、藐视权威的本性,使纳什坚持了自己的观点,终成一代大师。要不是30多年的严重精神病折磨,恐怕他早已站在诺贝尔奖的领奖台上了,而且也绝不会与其他人分享这一殊荣。

纳什均衡理论

其中一个最耀眼的亮点就是日后被称之为“纳什均衡”的非合作博弈均衡的概念。纳什的主要学术贡献体现在1950年和1951年的两篇论文之中(包括一篇博士论文)。1950年他才把自己的研究成果写成题为“非合作博弈”的长篇博士论文,1950年11月刊登在美国全国科学院每月公报上,立即引起轰动。

冯·诺依曼在1928年提出的极小极大定理和纳什1950年发表的均衡定理奠定了博弈论的整个大厦。通过将这一理论扩展到牵涉各种合作与竞争的博弈,纳什成功地打开了将博弈论应用到经济学、政治学、社会学乃至进化生物学的大门。


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