L’édition imprimée en bloc de la romance des trois royaumes de la dynastie Ming (1368-1644), exposée au Musée national de Chine à Pékin Photo : Yang Lanlan/CSST

La théorie des jeux est une discipline qui examine les mécanismes d'interaction stratégique et qui a été largement utilisée en économie, dans les relations internationales et dans d'autres disciplines. Pour mieux comprendre les dernières avancées de la recherche sur la théorie des jeux dans le contexte de l'élargissement des frontières disciplinaires et des technologies émergentes telles que le big data, le cloud computing et l'intelligence artificielle, le CSST a interrogé Lucas Rentschler, professeur agrégé d'économie à l'Utah State University, et Christopher Dawe, chercheur à l'University College London.

Le contexte historique

"La théorie des jeux en tant que domaine universitaire est relativement moderne, mais les principes de la prise de décision stratégique sont discutés depuis des millénaires, y compris dans des textes chinois classiques tels que L'art de la guerre de Sun Tzu", a déclaré M. Dawe.

L'accélération formelle et rapide de la théorie des jeux en tant que domaine est largement attribuée à l'ouvrage fondateur Théorie des jeux et du comportement économique de John von Neumann et Oskar Morgenstern, publié en 1944, poursuit Dawe. Vers 1950, le mathématicien John Nash a publié deux articles fondamentaux qui ont apporté des contributions majeures à la théorie des jeux. L'un de ces articles a introduit l'équilibre de Nash, qui est considéré comme le concept le plus important de la théorie des jeux. Dans les années 1970 et 1980, la théorie des jeux a pris de l'importance dans l'économie académique.

Dans les années 1970, la théorie des jeux évolutifs a ajouté la modélisation dynamique des populations. Les années 1980 ont vu l'essor de l'économie expérimentale, qui a permis de tester et d'affiner les théories des jeux en laboratoire. Les applications se sont multipliées dans le domaine des enchères et de la conception de mécanismes. Les années 1990 ont intégré la psychologie, l'économie comportementale et les neurosciences, révisant les hypothèses trop rationnelles. "Aujourd'hui, la théorie des jeux reste un domaine d'étude actif, couvrant des modèles d'interaction stratégique de plus en plus complexes", note M. Dawe.

Les valeurs académique et réaliste

Selon Dawe, la théorie des jeux est devenue un cadre analytique inestimable dans les sciences naturelles et sociales en raison de sa capacité à modéliser des prises de décisions stratégiques complexes. Dans les sciences naturelles, la théorie des jeux est largement appliquée en biologie et même en physique. Par exemple, la théorie des jeux évolutifs aide les biologistes à comprendre la concurrence et la coopération au sein des espèces. La physique utilise la théorie des jeux pour analyser les interactions stratégiques entre les particules.

En économie, la théorie des jeux a joué un rôle fondamental dans l'analyse de la concurrence entre les entreprises, des comportements de négociation, de la conception des enchères, de la signalisation sur les marchés et de la conception des mécanismes. Les sociologues utilisent la théorie des jeux pour expliquer des phénomènes tels que l'émergence de réseaux sociaux, l'évolution des normes sociales et les problèmes d'action collective tels que l'utilisation abusive de ressources communes. La théorie des jeux fournit aux sociologues des outils pour examiner systématiquement la prise de décision stratégique dans des contextes sociaux. En psychologie, les techniques de la théorie des jeux permettent d'explorer les biais cognitifs et la prise de décision dans des contextes impliquant des risques, des récompenses et des compromis stratégiques. Les juristes appliquent la théorie des jeux à la dissuasion criminelle, à l'évaluation des sanctions légales et à la conception d'incitations optimales au sein des systèmes judiciaires.

"La théorie des jeux a un grand potentiel pour orienter les relations vers une plus grande coopération et une réduction des conflits", a déclaré M. Rentschler. La théorie des jeux coopératifs et les concepts de solution tels que la valeur de Shapley constituent un domaine clé dans lequel elle peut apporter sa contribution. La valeur de Shapley est un moyen mathématiquement juste de répartir les récompenses ou les coûts dans des scénarios coopératifs à plusieurs joueurs afin de refléter la contribution marginale de chacun d'entre eux. En fournissant une répartition équitable, elle incite les joueurs à collaborer plutôt qu'à se faire concurrence. La valeur de Shapley a été appliquée pour guider le partage des revenus, la répartition des coûts, l'analyse du pouvoir de vote, etc. Contrairement à la théorie des jeux non coopératifs qui se concentre sur l'intérêt personnel, la modélisation coopérative analyse explicitement la manière de maximiser les gains communs issus de la synergie. Bien entendu, les intentions positives et les efforts de bonne foi des participants restent les conditions préalables essentielles. Mais en analysant formellement les incitations, l'équité, la formation de coalitions et les perceptions erronées, la théorie des jeux fournit une boîte à outils précieuse pour favoriser la coopération et orienter les parties vers des relations mutuellement bénéfiques, exemptes de conflits évitables.

La théorie des jeux non coopératifs apporte une clarté stratégique dans l'étude du déclenchement des guerres, de l'escalade des risques, de l'espace de négociation, des conflits asymétriques, de la politique d'alliance et d'autres phénomènes géopolitiques complexes, a ajouté M. Rentschler. Il apporte une rigueur analytique à l'équilibre des pouvoirs, à la signalisation, à la crédibilité, à la réputation et à la coordination, autant de facteurs centraux dans les relations interétatiques. Alors que les modèles trop réducteurs peuvent manquer de nuances dans le monde réel, la théorie des jeux non coopératifs fournit une perspective essentielle sur les incitations adverses, la codépendance stratégique et les comportements d'équilibre. Grâce à la validation empirique et à la profondeur psychologique, elle offre des perspectives pour gérer les conflits et dissuader les agressions.

Les frontières de recherche

M. Rentschler a souligné que la théorie des jeux reste un domaine de recherche actif et en pleine évolution, avec l'apparition constante de nouvelles extensions et applications. L'une des principales tendances est le développement de la théorie des jeux évolutifs, qui applique la modélisation de la théorie des jeux à des populations en évolution. Des concepts tels que les stratégies stables évolutives et la dynamique des réplicateurs permettent de comprendre comment la coopération et la coordination peuvent émerger. Le domaine naissant de la théorie des jeux quantiques est également prometteur, car il explore la manière dont les phénomènes quantiques tels que l'enchevêtrement et la superposition peuvent affecter la prise de décision stratégique.

Au-delà de ces nouvelles variantes, les théoriciens des jeux s'efforcent de mieux intégrer les aspects réels du comportement humain, tels que la rationalité limitée et les biais psychologiques, a ajouté M. Rentschler. L'approche comportementale de la théorie des jeux vise à améliorer la précision descriptive. La conception de mécanismes utilise des outils de la théorie des jeux pour créer des incitations et des institutions permettant d'atteindre des objectifs spécifiques. Les effets de réseau sont de plus en plus étudiés à l'aide de modèles stratégiques. En outre, de nouveaux modèles de jeux, tels que les formes extensives et les jeux stochastiques, permettent d'analyser les interactions séquentielles, le hasard et l'incertitude.

Selon M. Rentschler, l'informatique a pris l'initiative de faire progresser la recherche sur la théorie des jeux sur plusieurs fronts au cours des dernières années. Les informaticiens développent des algorithmes et tirent parti de l'apprentissage automatique pour résoudre des modèles de théorie des jeux insolubles et trouver des équilibres dans des scénarios multi-agents complexes. Des approches telles que l'équilibre de réponse quantique s'appuient sur la puissance de calcul pour intégrer la rationalité limitée dans les prédictions. En termes d'applications, les informaticiens utilisent la théorie des jeux pour modéliser la prise de décision stratégique dans des contextes tels que la cybersécurité, la conception de réseaux et la conception de mécanismes pour les systèmes informatiques.

Dans l'ensemble, les interactions entre la théorie des jeux et l'informatique sont profondes, a conclu M. Rentschler. Des méthodes de calcul à l'IA stratégique en passant par de nouvelles applications telles que la cryptographie et les protocoles de consensus, les informaticiens font progresser la théorie des jeux vers de nouveaux territoires et fournissent le carburant informatique nécessaire pour s'attaquer à des modélisations stratégiques toujours plus complexes. La théorie des jeux, quant à elle, fournit un paradigme pour la conception de systèmes informatiques de plus en plus robustes et la compréhension des modèles d'apprentissage automatique.