Generalized Nash equilibrium problems with mixed-integer variables constitute an important class of games in which each player solves a mixed-integer optimization problem, where both the objective and the feasible set is parameterized by the rivals' strategies. However, such games are known for failing to admit exact equilibria and also the assumption of all players being able to solve nonconvex problems to global optimality is questionable. This motivates the study of approximate equilibria. In this work, we consider an approximation concept that incorporates both multiplicative and additive relaxations of optimality. We propose a branch-and-cut (B&C) method that computes such approximate equilibria or proves its non-existence. For this, we adopt the idea of intersection cuts and show the existence of such cuts under the condition that the constraints are linear and each player's cost function is either convex in the entire strategy profile, or, concave in the entire strategy profile and linear in the rivals' strategies. For the special case of standard Nash equilibrium problems, we introduce an alternative type of cut and show that the method terminates finitely, provided that each player has only finitely many distinct best-response sets. Finally, on the basis of the B&C method, we introduce a single-tree binary-search method to compute best-approximate equilibria under some simplifying assumptions. We implemented these methods and present numerical results for a class of mixed-integer flow games.


翻译:混合整数变量广义纳什均衡问题是一类重要的博弈模型,其中每个参与者求解一个混合整数优化问题,其目标函数与可行集均受对手策略参数化影响。然而,此类博弈通常不存在精确均衡,且所有参与者均能全局求解非凸问题的假设亦值得商榷,这促使了对近似均衡的研究。本文采用一种同时包含乘性与加性最优性松弛的近似均衡概念,提出一种分支切割(B&C)方法,用于计算此类近似均衡或证明其不存在。为此,我们借鉴交集切割思想,在约束为线性且各参与者成本函数满足以下任一条件时证明此类切割的存在性:在整个策略组合中为凸函数,或在整个策略组合中为凹函数且在对手策略中呈线性。针对标准纳什均衡问题的特殊情形,我们引入一种替代型切割,并证明当各参与者仅存在有限个不同最优响应集时,该方法可在有限步内终止。最后,基于分支切割方法,我们在若干简化假设下提出一种单树二分搜索方法以计算最优近似均衡。我们实现了这些方法,并对一类混合整数流博弈给出了数值结果。

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