Social Choice Theory

社会选择理论可视化实验室

从投票系统比较到 Arrow 不可能性定理,从机制设计到匹配市场,系统化解析集体决策的数学基础与不可能性边界。每个模块含可交互 SVG 演示。

DomainCS Theory / Economics
Modules8
Accent#f87171 red
StackHTML / SVG / JS
Interactive Modules
投票系统对比
01
candidates votes A B C Plurality · A wins

Plurality(最多票胜)简单但忽略偏好序;Borda 按排名加权计分;IRV(瞬时决选)逐轮淘汰末位。不同规则可能产生不同赢家,凸显投票系统设计的关键性。

PluralityBordaIRV
Arrow 不可能性定理
02
U 无限制定义域 P 帕累托 IIA 独立无关 D 非独裁 不可能 n≥3 时 四条件无法同时满足 → 独裁不可避免

Arrow 定理:当候选人数 ≥3,任何满足无限制定义域、帕累托、无关备选独立性(IIA)、非独裁的社会福利函数都不存在。揭示了"完美"投票系统在数学上的不可能性。

ArrowIIADictatorship
Gibbard-Satterthwaite
03
真实偏好 vs 策略投票 true: A>B>C strat: B>A>C 策略收益 ↑ Mechanism f(profile) outcome 非独裁+≥3候选+满射 → 必然可操纵

Gibbard-Satterthwaite 定理:任何非独裁、至少 3 候选、满射的确定性社会选择函数都存在策略投票激励(可操纵)。即不存在"防策略"的完美投票机制,是 Arrow 定理在博弈论视角的延伸。

ManipulableStrategy-proofSurjective
机制设计原理
04
Agent 1θ₁ Agent 2θ₂ Agent 3θ₃ Mechanism f(reports) → outcome outcome x transfer t VCG:真实报告是占优策略 · 个体理性

机制设计是"逆向博弈论":设计规则使自利个体真实报私有类型。VCG 机制通过让每人支付其外部性实现激励相容(truthful 是占优策略)+ 社会福利最大化。

VCGICIR
匹配市场
05
s1 s2 s3 c1 c2 c3 点击运行稳定匹配算法

Gale-Shapley 延迟接受算法求稳定匹配:一方轮次求婚,另一方暂留最优。结果对求婚方最优,被求婚方最差。应用于住院医匹配、学校选择、肾移植配对。

Gale-ShapleyStableDeferred Accept
拍卖理论
06
bid round price bidder A bidder B reserve English 升价拍卖 · A 以 p 获胜

English(升价)公开出价,最后者得;Vickrey(第二价密封)最高出价者以第二高价成交。收益等价定理:风险中性下主流拍卖期望收入相同。Vickrey 鼓励真实估价。

EnglishVickreyRevenue Eq
公平分配
07
蛋糕 [0,1] A1 A2 A3 A4 A 的估值: 0.1 0.4 0.3 0.2 I-cut-you-choose · 比例公平 + 无嫉妒

公平分配(切蛋糕问题)目标:比例公平(每人得 ≥1/n 估值)、无嫉妒(不觊觎他人份)。I-cut-you-choose 对 2 人有效;n 人需 Selfridge-Conway 等复杂协议。可数物品用 Sperner 引理证明存在性。

Envy-freeProportionalSperner
社会偏好聚合
08
个体偏好 → 社会偏好 A B C v1: A>B>C A B C v2: B>C>A A B C v3: C>A>B A B C Condorcet 环 多数票传递性失效 → 孔多塞悖论

孔多塞悖论:个体偏好传递,多数票聚合后却出现循环(A>B>C>A)。社会偏好不再传递,无明确赢家。这是 Arrow 定理的具体例证,揭示多数决的内在矛盾。

CondorcetCycleParadox