ราคาของความยุติธรรม
ในทฤษฎีการแบ่งปันอย่างเป็นธรรมราคาของความเป็นธรรม (POF) คืออัตราส่วนของสวัสดิภาพทางเศรษฐกิจ สูงสุด ที่สามารถบรรลุได้จากการแบ่งปัน กับสวัสดิภาพทางเศรษฐกิจที่ได้รับจาก การแบ่งปัน อย่างเป็นธรรม POF เป็นมาตรวัดเชิงปริมาณของการสูญเสียสวัสดิภาพที่สังคมต้องยอมรับเพื่อให้เกิดความเป็นธรรม
โดยทั่วไป POF ถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้:
ราคาที่แท้จริงจะแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับลักษณะของการแบ่งปัน ลักษณะของความยุติธรรม และลักษณะของสวัสดิการสังคมที่เราสนใจ
สวัสดิการสังคมประเภทที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือสวัสดิการสังคมแบบอรรถประโยชน์นิยมซึ่งนิยามว่าคือผลรวมของอรรถประโยชน์ (ที่ปรับให้เป็นมาตรฐานแล้ว) ของตัวแทนทั้งหมด อีกประเภทหนึ่งคือสวัสดิการสังคมแบบเสมอภาคซึ่งนิยามว่าคืออรรถประโยชน์ขั้นต่ำ (ที่ปรับให้เป็นมาตรฐานแล้ว) ต่อตัวแทนแต่ละคน
ตัวอย่างเชิงตัวเลข
ในตัวอย่างนี้ เราจะเน้นที่ราคาอรรถประโยชน์ของสัดส่วนหรือ UPOP
ลองพิจารณาที่ดินที่มีลักษณะแตกต่างกันซึ่งต้องแบ่งให้กับหุ้นส่วน 100 คน โดยที่ทุกคนให้คุณค่าที่ดินนั้นเท่ากับ 100 (หรือปรับค่าให้เป็น 100) ก่อนอื่น เรามาดูกรณีสุดขั้วบางกรณีกันก่อน
- ระดับความสุขตามหลักอรรถประโยชน์สูงสุดที่เป็นไปได้คือ 10,000 ซึ่งระดับความสุขนี้จะเกิดขึ้นได้เฉพาะในกรณีที่หายากมาก ๆ คือ เมื่อคู่ครองแต่ละฝ่ายต้องการที่ดินคนละส่วนกัน
- ในการแบ่งปันตามสัดส่วน หุ้นส่วนแต่ละคนจะได้รับมูลค่าอย่างน้อย 1 ดังนั้นสวัสดิภาพตามหลักอรรถประโยชน์จึงมีค่าอย่างน้อย 100
ขอบเขตบน
กรณีสุดขั้วที่อธิบายไว้ข้างต้นทำให้เราได้ขอบเขตบนที่ง่ายมากแล้ว คือ UPOP ≤ 10000/100 = 100 แต่เราสามารถได้ขอบเขตบนที่แคบกว่านี้ได้
สมมติว่าเรามีการแบ่งที่ดินอย่างมีประสิทธิภาพให้กับหุ้นส่วน 100 ราย โดยมีสวัสดิการตามหลักอรรถประโยชน์นิยมUเราต้องการแปลงการแบ่งนี้เป็นการแบ่งตามสัดส่วน เพื่อทำเช่นนั้น เราจะจัดกลุ่มหุ้นส่วนตามมูลค่าปัจจุบันของพวกเขา:
- หุ้นส่วนที่มีมูลค่าปัจจุบันอย่างน้อย 10 ถือว่าเป็นหุ้นส่วนที่โชคดี
- หุ้นส่วนคนอื่นๆ ถูกเรียกว่าผู้โชคร้าย
มีสองกรณีดังนี้:
- หากมีหุ้นส่วนผู้โชคดีน้อยกว่า 10 คน ให้ยกเลิกการแบ่งส่วนปัจจุบันและทำการแบ่งส่วนตามสัดส่วนใหม่ (เช่น โดยใช้ โปรโตคอล การลดค่าครั้งสุดท้าย ) ในการแบ่งส่วนตามสัดส่วน หุ้นส่วนแต่ละคนจะได้รับมูลค่าอย่างน้อย 1 ดังนั้นมูลค่ารวมจึงอย่างน้อย 100 มูลค่าของการแบ่งส่วนเดิมน้อยกว่า (10*100+90*10)=1900 ดังนั้น UPOP จึงมีค่าสูงสุดไม่เกิน 19
- หากมีหุ้นส่วนผู้โชคดีอย่างน้อย 10 คน ให้แบ่งส่วนตามสัดส่วนโดยใช้ โปรโตคอล การลดครั้งสุดท้าย ในรูปแบบต่อไปนี้ :
- หุ้นส่วนผู้โชคดีแต่ละคนจะผลัดกันแบ่งส่วนแบ่งของตน 0.1 ส่วน และให้หุ้นส่วนผู้โชคร้ายคนอื่นๆ ลดส่วนแบ่งนั้นลงตามไปด้วย สุดท้ายแล้ว ส่วนแบ่งนั้นจะตกเป็นของเขาหรือหุ้นส่วนผู้โชคร้ายคนใดคนหนึ่ง
- กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งหุ้นส่วนผู้โชคร้าย (อย่างมากที่สุด) 90 คนได้รับส่วนแบ่ง ตอนนี้หุ้นส่วนผู้โชคดี (อย่างน้อย) 10 คนแต่ละคนมีมูลค่าอย่างน้อย 0.1 ของมูลค่าเดิม และหุ้นส่วนผู้โชคร้ายแต่ละคนมีมูลค่าอย่างน้อยเท่ากับมูลค่าเดิม ดังนั้น UPOP จึงมีค่าอย่างมากที่สุด 10
สรุปได้ว่า: ค่า UPOP จะน้อยกว่า 20 เสมอ ไม่ว่าค่าที่วัดได้จากคู่ค้าจะเป็นอย่างไรก็ตาม
ขอบล่าง
ค่า UPOP อาจต่ำถึง 1 ได้ ตัวอย่างเช่น หากคู่ค้าทุกฝ่ายมีมาตรวัดคุณค่าเดียวกัน ใน การแบ่งปัน ใดๆโดยไม่คำนึงถึงความยุติธรรม สวัสดิภาพตามหลักอรรถประโยชน์จะเท่ากับ 100 ดังนั้น UPOP = 100/100 = 1
อย่างไรก็ตาม เราสนใจกรณีที่เลวร้ายที่สุดของ UPOP นั่นคือ การรวมกันของมาตรวัดมูลค่าที่ทำให้ UPOP มีค่ามาก นี่คือตัวอย่างหนึ่ง
สมมติว่ามีคู่ค้าอยู่สองประเภท:
- หุ้นส่วน 90 รายที่ มีลักษณะเหมือนกันซึ่งให้คุณค่าที่ดินทั้งหมดอย่างเท่าเทียมกัน (กล่าวคือ มูลค่าของที่ดินแต่ละแปลงเป็นสัดส่วนกับขนาดของที่ดินนั้น)
- พันธมิตร ที่มีเป้าหมายชัดเจน 10 รายโดยแต่ละรายให้ความสำคัญเฉพาะเขตพื้นที่เดียวซึ่งครอบคลุมพื้นที่ 0.1 ของที่ดินทั้งหมด
พิจารณาพาร์ติชันสองแบบต่อไปนี้:
- การแบ่งปันอย่างยุติธรรม : แบ่งที่ดินอย่างเท่าเทียมกัน โดยให้หุ้นส่วนแต่ละรายได้รับ 0.01 ของที่ดิน ในขณะที่หุ้นส่วนที่เน้นความต้องการเฉพาะจะได้รับ 0.01 ในเขตที่ตนต้องการ การแบ่งปันนี้ยุติธรรม มูลค่าของหุ้นส่วนที่ได้รับส่วนแบ่งเท่าๆ กันคือ 1 ในขณะที่มูลค่าของหุ้นส่วนที่เน้นความต้องการเฉพาะคือ 10 ดังนั้นสวัสดิภาพตามหลักอรรถประโยชน์จึงเท่ากับ 190
- การแบ่งปันอย่างมีประสิทธิภาพ : แบ่งที่ดินทั้งหมดให้กับหุ้นส่วนเป้าหมาย โดยให้หุ้นส่วนแต่ละคนได้รับพื้นที่ตามที่ตนต้องการทั้งหมด ผลประโยชน์ตามหลักอรรถประโยชน์คือ 100*10=1000
ในตัวอย่างนี้ ค่า UPOP คือ 1000/190 = 5.26 ดังนั้น 5.26 จึงเป็นค่าต่ำสุดของค่า UPOP ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด (โดย "กรณีที่เลวร้ายที่สุด" นั้นพิจารณาจากค่าต่างๆ ที่เป็นไปได้ทั้งหมด)
รวมกัน
เมื่อนำผลลัพธ์ทั้งหมดมารวมกัน เราพบว่าค่า UPOP ที่แย่ที่สุดอยู่ระหว่าง 5 ถึง 20
ตัวอย่างนี้เป็นตัวอย่างของข้อโต้แย้งที่ใช้ในการกำหนดขอบเขตของ POF (Proof of Fall) ในการพิสูจน์ขอบเขตล่างนั้น การอธิบายตัวอย่างเพียงตัวอย่างเดียวก็เพียงพอแล้ว แต่ในการพิสูจน์ขอบเขตบนนั้น จำเป็นต้องนำเสนออัลกอริทึมหรือข้อโต้แย้งที่ซับซ้อนอื่นๆ
การตัดเค้กด้วยชิ้นส่วนทั่วไป
ราคาอรรถประโยชน์ของสัดส่วน
ตัวอย่างเชิงตัวเลขที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถขยายความจาก 100 เป็นnคู่ค้าได้ โดยให้ขอบเขตต่อไปนี้สำหรับ UPOP ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด:
- √ n /2 ≤ UPOP ≤ 2√ n -1
- UPOP = Θ(√ n )
สำหรับคู่ค้าสองราย การคำนวณโดยละเอียดจะให้ขอบเขตดังนี้: 8-4*√3 ≅ 1.07 [ 1 ]
ราคาประโยชน์ใช้สอยของความอิจฉา
เมื่อแบ่งเค้กทั้งหมด การแบ่งที่ปราศจากความอิจฉาจะเป็นสัดส่วนเสมอ ดังนั้นขอบเขตล่างของ UPOP กรณีที่เลวร้ายที่สุด (√ n /2) จึงใช้ได้ที่นี่เช่นกัน ในทางกลับกัน ในฐานะขอบเขตบน เรามีเพียงขอบเขตที่อ่อนแอของn -1/2 เท่านั้น [ 1 ]ดังนั้น:
- √ n /2 ≤ UPOV ≤ n -1/2
- Ω(√ n ) ≤ UPOV ≤ O( n )
สำหรับคู่ค้าสองราย การคำนวณโดยละเอียดจะให้ขอบเขตดังนี้: 8-4*√3 ≅ 1.07 [ 1 ]
ราคาอรรถประโยชน์ของความเสมอภาค
สำหรับคู่ค้าสองราย การคำนวณโดยละเอียดจะให้ขอบเขตดังนี้: 9/8 = 1.125 [ 1 ]
สำหรับสิ่งของที่แบ่งแยกไม่ได้ การจัดสรรที่สอดคล้องกับสัดส่วน ความปราศจากความอิจฉา หรือความเท่าเทียมกันนั้นไม่ได้มีอยู่เสมอไป (ตัวอย่างง่ายๆ ลองนึกภาพหุ้นส่วนสองคนพยายามแบ่งสิ่งของมีค่าชิ้นเดียว) ดูเพิ่มเติมที่การจัดสรรสิ่งของอย่างยุติธรรมดังนั้น ในการคำนวณราคาของความยุติธรรม กรณีที่ไม่มีการจัดสรรใดที่สอดคล้องกับแนวคิดความยุติธรรมที่เกี่ยวข้องจึงไม่ได้ถูกนำมาพิจารณา สรุปผลลัพธ์โดยย่อ: [ 1 ]
- UPOP = n - 1 + 1/ n ; สำหรับสองคน: 3/2
- (3 n +7)/9-O(1/ n ) ≤ UPOV ≤ n -1/2; สำหรับสองคน: 3/2
- UPOQ=อนันต์; สำหรับสองคน: 2
การแบ่งงานบ้านด้วยชิ้นส่วนทั่วไป
สำหรับปัญหาการตัดเค้กเมื่อ "เค้ก" ไม่เป็นที่ต้องการ (เช่น การตัดหญ้า) เรามีผลลัพธ์ดังต่อไปนี้: [ 1 ]
- ( n +1)^2/4 n ≤ UPOP ≤ n ; สำหรับสองคน: 9/8
- (n+1)^2/4n ≤ UPOV ≤ อนันต์; สำหรับสองคน: 9/8
- UPOQ= n
การจัดสรรสิ่งที่ไม่ดีที่แบ่งแยกไม่ได้
- UPOP = n
- UPOV = อนันต์
- UPOQ = อนันต์
การตัดเค้กด้วยชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกัน
ปัญหาของการตัดเค้กอย่างยุติธรรมมีรูปแบบหนึ่งที่ชิ้นส่วนต้องเชื่อมต่อกัน ในรูปแบบนี้ ทั้งตัวเศษและตัวส่วนในสูตร POF จะมีค่าน้อยลง (เนื่องจากการหาค่าสูงสุดทำบนเซตที่มีขนาดเล็กกว่า) ดังนั้นโดยหลักการแล้วจึงไม่ชัดเจนว่าค่า POF ควรมีค่าน้อยกว่าหรือมากกว่าในกรณีที่ชิ้นส่วนไม่เชื่อมต่อกัน
ราคาอรรถประโยชน์ของความยุติธรรม
เรามีผลลัพธ์ต่อไปนี้สำหรับสวัสดิการแบบอรรถประโยชน์: [ 2 ]
- UPOP = Θ(√ n )
- UPOV = Θ(√ n )
- n -1+1/ n ≤ EPOQ ≤ n
- EPOQ = Θ( n )
ราคาแห่งความเสมอภาคของความยุติธรรม
ในการแบ่งแบบสัดส่วนมูลค่าของแต่ละฝ่ายจะมีค่าอย่างน้อย 1/ nของมูลค่ารวมทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มูลค่าของผู้ที่ด้อยโอกาสที่สุด (ซึ่งเรียกว่าสวัสดิภาพแบบเสมอภาคของการแบ่ง) จะมีค่าอย่างน้อย 1/ nนั่นหมายความว่า ในการแบ่งแบบเสมอภาคที่เหมาะสมที่สุด สวัสดิภาพแบบเสมอภาคจะมีค่าอย่างน้อย 1/ nดังนั้น การแบ่งแบบเสมอภาคที่เหมาะสมที่สุดจึงเป็นการแบ่งแบบสัดส่วนเสมอ ด้วยเหตุนี้ ราคาแบบเสมอภาคของการแบ่งแบบสัดส่วน (EPOP) จึงเท่ากับ 1:
- อีพีโอพี = 1
หลักการที่คล้ายกันนี้สามารถนำไปใช้กับราคาที่เท่าเทียมกันของความเสมอภาค (EPOQ) ได้เช่นกัน:
- EPOQ = 1
ราคาที่เท่าเทียมกันของการปราศจากความอิจฉาริษยานั้นสูงกว่ามาก: [ 2 ]
- EPOV = n /2
นี่เป็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจ เพราะมันบ่งชี้ว่าการยืนกรานในเกณฑ์การปราศจากความอิจฉาริษยาจะยิ่งเพิ่มช่องว่างทางสังคมและทำร้ายพลเมืองที่ด้อยโอกาสที่สุด เกณฑ์ความได้สัดส่วนนั้นก่อให้เกิดอันตรายน้อยกว่ามาก
ราคาของการเพิ่มประสิทธิภาพสวัสดิการให้สูงสุด
แทนที่จะคำนวณการสูญเสียสวัสดิการเนื่องจากความยุติธรรม เราสามารถคำนวณการสูญเสียความยุติธรรมเนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพสวัสดิการได้ เราจะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้: [ 2 ]
- ราคาของความเสมอภาคตามสัดส่วน = 1
- ราคาแห่งความอิจฉาของความเสมอภาค = n -1
- สัดส่วนราคาของลัทธิอรรถประโยชน์นิยม = อนันต์
- ราคาแห่งความอิจฉาของความเสมอภาค = อนันต์
การจัดสรรสินค้าที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้ด้วยบล็อกที่เชื่อมต่อกัน
เช่นเดียวกับการตัดเค้ก สำหรับการกำหนดรายการที่แบ่งแยกไม่ได้ จะมีรูปแบบที่รายการวางอยู่บนเส้นตรง และแต่ละชิ้นที่กำหนดจะต้องสร้างบล็อกบนเส้นตรง สรุปผลลัพธ์โดยย่อ: [ 3 ]
- UPOP = n - 1 + 1/ n
- UPOV = Θ(√ n )
- UPOQ = อนันต์; สำหรับสองคน: 3/2
- อีพีโอพี = 1
- EPOV = n /2
- EPOQ = อนันต์; สำหรับสองคน: 1
การตัดแบ่งงานบ้านด้วยชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกัน
สรุปผลโดยย่อ: [ 4 ]
- n /2 ≤ UPOP ≤ n
- UPOV = อนันต์
- UPOQ = n
- อีพีโอพี = 1
- EPOV = อนันต์
- EPOQ = 1
การจัดสรรทรัพยากรแบบเอกรูป
ราคาของความยุติธรรมยังได้รับการศึกษาในบริบทของการจัดสรรทรัพยากรที่แบ่งได้เหมือนกัน เช่น น้ำมันหรือไม้ ผลลัพธ์ที่ทราบคือ: [ 5 ] [ 6 ]
UPOV = UPOP = Θ(√ n )
เนื่องจากกฎสมดุลการแข่งขันจากรายได้ที่เท่ากันจะทำให้เกิดการจัดสรรที่ปราศจากความอิจฉา และราคาอรรถประโยชน์คือ O(√ n )
บริบทอื่นๆ
ราคาของความยุติธรรมได้รับการศึกษาในบริบทของปัญหาผลรวมย่อยที่ยุติธรรม
ราคาของการเป็นตัวแทนที่ยุติธรรมคือการสูญเสียความพึงพอใจโดยเฉลี่ยเนื่องจากข้อกำหนดในการเป็นตัวแทนที่ยุติธรรมในการลงคะแนนอนุมัติ[ 7 ]