공기업 복점시장과 사회후생 : 스타켈버그 모형을 중심으로

박성훈(Park, Sung-Hoon) 한국산업경제학회 2021 산업경제연구 Vol.34 No.5

본 연구는 하나의 공기업이 존재하는 시장에 새로운 공기업이 진입하는 ‘공기업 복점시장’의 후생(공기업 이윤, 소비자잉여, 사회후생)을 분석한다. 각 공기업은 최적 생산량을 결정할 때 다른 공기업의 이윤을 함께 고려할 수 있다. 이에 따라, 본 연구는 두 게임을 설정한다: 사회후생-극대화 게임과 부분후생-극대화 게임. 사회후생-극대화 게임에서 각 공기업은 소비자잉여, 자신의 이윤, 그리고 다른 공기업의 이윤을 합한 사회후생을 극대화하는 생산량을 선택한다. 이에 반해, 부분후생-극대화 게임에서 각 공기업은 소비자잉여와 자신의 이윤을 합한 부분후생을 극대화하는 생산량을 선택한다. 본 연구는 각 게임에서 스타켈버그 균형 생산량을 유도하고, 각 게임의 균형 결과를 비교한다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 생산량은 사회후생-극대화 게임에서 작으며, 공기업의 이윤은 사회후생-극대화 게임에서 크다. 둘째, 소비자잉여는 부분후생-극대화 게임에서 크지만, 사회후생은 사회후생-극대화 게임에서 크다. 정책입안자는 소비자잉여에 초점을 맞춘다면 부분후생의 극대화를, 사회후생에 초점을 맞춘다면 사회후생의 극대화를 고려해야 한다. This study analyzes the welfare of a “public-enterprises duopoly” in which a new public enterprise enters a market where one public enterprise exists. Each public enterprise may also consider the profit of the rival when determining the optimal output. Accordingly, this study sets up two games: social-welfare- and partial-welfare-maximization games. In a social-welfare-maximization game, each public enterprise chooses its output to maximize social welfare by combining consumer surplus, own profit and other public enterprise’s profit. In the partial-welfare-maximization game, each party chooses its output to maximize the partial welfare which is the sum of consumer surplus and own profit. This study induces Stackelberg equilibrium output in each game, and compares the equilibrium results of the two games. The main results of this study are as follows. First, the equilibrium total output is smaller and the equilibrium profits of the public enterprises are larger in social-welfare-maximization game(SWM game). Second, consumer surplus is larger in partial-welfare-maximization game(PWM game), while social welfare is larger in SWM game. Policymakers should consider choosing a PWM game if they focus on consumer surplus, and a social welfare-maximization game if they focus on social welfare.

Modeling and Analyzing One Vendor-Multiple Retailers VMI SC Using Stackelberg Game Theory

Amir-Mohammad Golmohammadi,Negar Jahanbakhsh Javid,Lily Poursoltan,Hamid Esmaeeli 대한산업공학회 2016 Industrial Engineeering & Management Systems Vol.15 No.4

Game theory is a powerful tool for analyzing the Supply chain (SC) with different conflicting elements. Among them, the Stackelberg game is the one in which a player as leader has more power than the other ones as followers. Since in many SC systems one element has, in essence, more power than the others; the Stackelberg game has found many applications in SC studies. In this paper, we apply the Stackelberg game-theoretic approach and the corresponding equilibrium point to formulate and analyze a two echelon VMI SC. Comprehensive computational results on an experimental case are conducted to numerically analyze the performance of VMI system against three groups of critical parameters. Moreover, a critical comparison demonstrates the poorer performance of decentralized VMI system than centralized one. This naturally necessitates designing proper contracts between VMI partners in order to more effectively implement the realistic decentralized system.

콘텐츠 네트워크 환경에서 게임이론을 이용한 콘텐츠 캐싱 및 데이터 스폰서 기법

원중섭,김승욱 한국정보처리학회 2019 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.8 No.7

Recently, as the types of services that can be enjoyed in mobile telecommunication networks such as social networks and video streaming are increasing, mobile users(MUs) can access mobile contents easily by consuming mobile data. However, under a mobile telecommunication environment, MUs have to pay a high data fee to a network service provider(SP) in order to enjoy contents. The ‘data sponsor’ technique, introduced as a way to solve this problem, has attracted attention as a breakthrough method for enhancing contents accessibility of MUs. In this paper, we propose an algorithm that determines the optimal discount rate through the Stackelberg game in the data sponsor environment. We also propose an algorithm to design edge caching, which caches highly popular content for MUs on edge server, through many-to-many matching game. Simulation results clearly indicate that the profit for CP’s content consumption is improved by about 6~11%, and the profit of CP according to the ratio of edge caching is improved by about 12% than the other existing schemes under data sponsor environment. 최근 소셜 네트워크, 비디오 스트리밍 등 이동통신망 환경에서 즐길 수 있는 서비스가 종류가 점점 증가함에 따라, 모바일 사용자(MU: Mobile User)는 이동통신 데이터를 소모하여 원하는 콘텐츠에 더욱 쉽게 접근할 수 있게 되었다. 하지만 이동통신 환경 아래서, 모바일 사용자는 콘텐츠를 즐기기 위해 네트워크 서비스 제공자(SP: Service Provider)에게 높은 이동통신 데이터 요금을 내야한다. 이를 해결하기 위한 방법으로 소개된 ‘데이터 스폰서(data sponsor)’기법은 모바일 사용자의 콘텐츠 접근성을 높이는 획기적인 방법으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 서비스 제공자와 콘텐츠 제공자를 리더 그룹, 모바일 사용자를 추종자 그룹으로 하는 슈타켈버그 게임을 통해 최적의 요금 할인율을 결정짓는 알고리즘을 제안한다. 또한 모바일 사용자의 콘텐츠에 대한 접근성을 더욱 높이기 위해, 모바일 사용자에게 높은 인기가 있는 콘텐츠를 엣지 서버에 캐싱하는 엣지 캐싱을 게임이론의 다대다 매칭 게임을 통해 설계하는 알고리즘을 제안한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 기존에 제안된 데이터 스폰서 기법에 비해 본 논문에서 제안한 방법이 제공자들의 콘텐츠 소모에 대한 수익률 측면에서 6~11% 가량의 우위를 보였으며, 엣지 캐싱의 유무에 따라 콘텐츠 제공자의 수익률이 12% 향상됨을 확인하였다.

Stackelberg Game between Multi-Leader and Multi-Follower for Detecting Black Hole and Warm Hole Attacks In WSN

S.Suganthi,D.Usha International Journal of Computer ScienceNetwork S 2023 International journal of computer science and netw Vol.23 No.8

Objective: • To detect black hole and warm hole attacks in wireless sensor networks. • To give a solution for energy depletion and security breach in wireless sensor networks. • To address the security problem using strategic decision support system. Methods: The proposed stackelberg game is used to make the spirited relations between multi leaders and multi followers. In this game, all cluster heads are acts as leaders, whereas agent nodes are acts as followers. The game is initially modeled as Quadratic Programming and also use backtracking search optimization algorithm for getting threshold value to determine the optimal strategies of both defender and attacker. Findings: To find optimal payoffs of multi leaders and multi followers are based on their utility functions. The attacks are easily detected based on some defined rules and optimum results of the game. Finally, the simulations are executed in matlab and the impacts of detection of black hole and warm hole attacks are also presented in this paper. Novelty: The novelty of this study is to considering the stackelberg game with backtracking search optimization algorithm (BSOA). BSOA is based on iterative process which tries to minimize the objective function. Thus we obtain the better optimization results than the earlier approaches.

Modeling and Analyzing One Vendor-Multiple Retailers VMI SC Using Stackelberg Game Theory

Golmohammadi, Amir-Mohammad,Javid, Negar Jahanbakhsh,Poursoltan, Lily,Esmaeeli, Hamid Korean Institute of Industrial Engineers 2016 Industrial Engineeering & Management Systems Vol.15 No.4

Game theory is a powerful tool for analyzing the Supply chain (SC) with different conflicting elements. Among them, the Stackelberg game is the one in which a player as leader has more power than the other ones as followers. Since in many SC systems one element has, in essence, more power than the others; the Stackelberg game has found many applications in SC studies. In this paper, we apply the Stackelberg game-theoretic approach and the corresponding equilibrium point to formulate and analyze a two echelon VMI SC. Comprehensive computational results on an experimental case are conducted to numerically analyze the performance of VMI system against three groups of critical parameters. Moreover, a critical comparison demonstrates the poorer performance of decentralized VMI system than centralized one. This naturally necessitates designing proper contracts between VMI partners in order to more effectively implement the realistic decentralized system.

슈타켈버그 게임 기반 Anti-virus 백신 선택 모형

성시일(Si-il Sung),최인찬(In-Chan Choi) 한국정보보호학회 2009 정보보호학회논문지 Vol.19 No.1

이 연구는 웹기반 시스템의 운영자와 침해자의 전략과 관계된 정보보안문제를 다룬다. 슈타켈버그 게임상황을 이용하여, 백신 선택 문제의 게임이론적 모형을 제시한다. 이 모형에서 운영자는 잠재적 시스템 침해자에 대응하는 백신조합을 선택하고, 침해자는 운영자의 백신 조합에 가장 효율적으로 침입할 수 있는 방법을 선택한다. 제시된 모형은 운영자의 예산, 시스템 성능 등을 고려한 추가적 현실제약조건을 동시에 고려한다. 더불어, 가정을 적용해 수정된 현실 데이터를 이용하여 2가지 시나리오 분석을 제시한다. This paper deals with an information security problem that involves the strategies of both an attacker and an administrator of a web-based system. A game-theoretic model for the problem, based on an Stackelberg game environment, is presented. In the model, the administrator selects a set of anti-virus vaccines to cope with potential system attackers and the intruder chooses attacking modes that are most effective against the administrator's chosen set of vaccines. Moreover, the model considers a number of practical constraints, such as a budget limit on the vaccine purchase and a limit on the system performance. In addition, two different scenario analyses are provided, based on the results of the proposed model applied to a simulated pseudo-real-world data.

Bi-level program에서 Cournot-Nash게임과 Stackelberg게임의 비교연구

임용택,임강원 대한교통학회 2004 大韓交通學會誌 Vol.22 No.7

본 연구에서는 바이레벨 문제를 풀기 위한 2가지 접근법, 즉 Cournot-Nash게임과 Stackelbgerg게임을 서로 비교하기 위한 것으로, 하위문제가 결정적인 통행배정문제(deterministic traffic assignment)인 경우와 확률적 통행배정문제(stochastic traffic assignment)인 경우로 구분하여 분석한다. 바이레벨 프로그램(bi-level program)은 상위문제(upper level program)과 하위 문제(lower level program)로 구성된 수리적인 문제로 상위문제는 목적하는 특정함수를 최적화시키는 형태이며, 하위문제는 통행자의 행태를 반영하는 형태로 구축된다.기존에 제시된 알고리듬중 바이레벨문제의 대표적인 풀이 알고리듬인 IOA(Iterative Optimization Assignment) 알고리듬과 기종점 통행행렬추정(OD matrix estimation)에 주로 사용되는 IEA(Iterative Estimation Assignment)은 상위문제와 하위문제가 서로 독립적으로 존재하면서 설계변수와 통행량을 서로 주고 받는 형태를 갖고 있어 Cournot-Nash게임형태이다. 이에 반해, 최근에 제시된 민감도분석(Sensitivity analysis)을 기초로 한 알고리듬들은 상위문제에서 결정된 설계변수 변화에 대해 하위문제의 통행량변화를 민감도를 통해 고려하기 때문에 Stackelbeg게임이라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 이들 알고리듬들을 비교하는 데 연구의 목적이 있으며, 기존에 제시된 기법과는 다른 좀 더 효율적인 접근법을 제시한다. 예제 교통망을 이용하여 제시된 모형들을 비교해본 결과, 결정적인 통행배정모형을 하위문제로 설정한 경우에는 두가지 접근법 모두 동일한 상위목적함수 값을 보여 우위를 판단할 수 없었지만, 확정적 통행배정모형으로 설정한 경우, Stackelberg게임 접근법이 Cournot-Nash게임 접근법 보다 더 우수함을 확인할 수 있었다.

A Day-Ahead Optimization Method of Source–Load Coordination for Power System Using Demand Response and Stackelberg Game

Yuan Xin,Tang Hao,Liu Xin,Zhou Xiang,Guan Jinyu 대한전기학회 2024 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.19 No.3

The continuous expansion of renewable energy sources and their ongoing integration into existing power networks, alongside the emergence of new types of loads, has led to signifcant new challenges emerging for power grid source–load coordination scheduling in recent years. To fully harness the demand response (DR) potential of the load side of such systems, this paper proposes an optimal scheduling method based on DR and the Stackelberg game. A Stackelberg game model is established to formulate day-ahead source–load coordinated scheduling problem, taking account of the stochastic dynamic characteristics of the load response process and user electricity consumption satisfaction with electricity consumption. The model is essentially a strongly nonlinear optimization problem, however; thus, to avoid several of the limitations seen in traditional optimization methods, a data-model fusion-driven method is proposed, with electricity prices formulated by the data-driven method used as input for a model-driven method whose output is then used in turn to guide a data-driven formulation of electricity prices. Case studies on IEEE test systems are used to verify the feasibility and accuracy of the proposed method.

A Modified Stackelberg Game for a Duopoly Cruise Market with a Potential New Entrant

조성철,위위 한국무역연구원 2017 무역연구 Vol.13 No.1

This paper develops a modified Stackelberg game model for a duopoly market. Unlike the traditional duopoly where the leader and the follower both exist in the market, the modified model supposes a preexisting leader and a follower that has not yet entered the market. This specific situation has often been found recently in many emerging Asian cruise markets as one of the world-class cruise lines initiates a new local cruise market. In spite of the discontinuity of the follower’s reaction function, the Nash equilibrium is found to exist as a pair of optimal capacities of both lines. A decision making criterion is established for the follower to enter the market regarding the fixed-charge incorporated into the follower’s cost function. The optimal capacities of both lines and the resulting market capacities and market shares are computed. A remarkable property is also found that a new monopoly market could result from a duopoly competition by the modified Stackelberg game.

기업의 사회적 책임과 내생적 경쟁구조

김승렬 ( Seung Leul Kim ),이상호 ( Sang Ho Lee ) 한국산업조직학회 2015 産業組織硏究 Vol.23 No.1

본 논문은 기업의 사회적 책임(Corporate Social Responsibility: CSR)을 고려하는 CSR 기업과 이윤을 극대화하는 사기업이 경쟁하는 복점시장에서 CSR 기업의 사회적 책임 정도가 시장균형에 미치는 영향과 사회후생의 효과를 분석한다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 시장에 CSR 기업이 존재하는 경우 경쟁구조와 무관하게 사회후생을 증진시킬 수 있으나, 사회적으로 항상 바람직한 것은 아니다. 특히, 사회적 책임이 지나치게 강조되면 오히려 사회후생을 감소시킬 수 있다. 둘째, 내생적으로 경쟁구조를 결정하는 내생적 시간게임(endogenous timing game)의 균형은 CSR 기업의 사회적 책임 정도에 따라 달라진다. 구체적으로, 사회적 책임의 정도가 낮은 경우는 꾸르노 경쟁을 하고, 적당히 높은 수준에서는CSR 기업이 시장에서 추종자 역할을 하며, 아주 높은 경우는 CSR 기업이 선도자 역할을 한다. 그러나, 사회후생의 관점에서 볼 때 CSR 기업이 시장에서 추종자 역할을 하는 것이 가장 바람직하며, 따라서 CSR 기업에게 사회적 책임을 지나치게 강조하지 않아야 한다. This paper considers a mixed duopoly market with homogeneous products where a private firm competes with a consumer-oriented CSR firm. We analyze the effect of Corporate Social Responsibility(CSR) on market structure between Cournot and Stackelberg competition models, and examine market equilibrium and its welfare consequences. We also investigate an endogenous timing game to address the desirable role of CSR firm. The followings are the main findings. First, irrespective of market structure, the existence of CSR firm in the duopoly market can increase social welfare but it is not always socially desirable since it deteriorates social welfare when the degree of CSR is too high. Second, under endogenous timing game, the degree of CSR affects the strategic choices of firms on the market role such as leader or follower in the market. In particular, (i) when the degree of CSR is low, both firms compete in Cournot fashion; (ii) when it is intermediate, CSR firm acts as follower; (iii) when it is very high, CSR firm leadership occurs at the equilibrium of endogenous timing game. Thus, the equilibrium of the endogenous timing game depends on the degree of CSR, which might result in welfare-loss. Therefore, the appropriate degree of CSR under private leadership will improve social welfare.