Knowledge and Games: Theory and Implementation Simon Andreas Witzel Samenvatting: Weet zij wat hij weet? En zo ja, wat gaat ze doen? Dit proefschrift biedt een informatica-perspectief op vragen over kennis en interactie, en presenteert manieren om kunstmatige agents uit te rusten met de bijbehorende redeneringsvermogens. We beperken algemene kaders van epistemische logica en speltheorie, om praktische implementaties te verkrijgen gefundeerd in de theorie. Het fundamentele idee van het hoofddeel van het proefschrift (hoofdstukken 1 tot 3) is om computer processen, of anderszins gedistribueerde programma’s, te zien als spelers in een speltheoretische setting met onvolledige informatie. Als zodanig zouden zij kunnen communiceren om informatie te verkrijgen en speltheoretische algoritmen uit te voeren. In hoofdstuk 1 leggen we de technische grondslagen voor de uitvoering van synchrone communicatie, en dus het bereiken van gemeenschappelijke kennis, tussen computer-processen die spelers vertegenwoordigen. Hiervoor bestuderen we dialecten van de proces-calculus CSP die beschikbaar is in de vorm van programmeertalen. We betogen dat voor onze doeleinden het proces-systeem een bepaalde symmetrie dient te hebben, en tonen aan dat om aan deze eis te voldoen er een bepaalde “guard” constructie in de taal aanwezig moet zijn. Omdat deze constructie niet vaak aanwezig is, is ons resultaat praktisch voldoende om een unieke programmeertaal te identificeren geschikt voor onze doeleinden. In hoofdstuk 2 definieren we wat wij "interaction structures" noemen, een concrete klasse van communicatie-netwerken. We geven aan wat voor soort communicatie-scenario’s we ons op richten, en bestuderen eigenschappen van de kennis die het resultaat is van dit soort communicatie. Deze eigenschappen kunnen worden gebruikt voor het vereenvoudigen van redeneren over kennis in onze setting. In hoofdstuk 3 bestuderen we spellen met een interaction structure die het spelers mogelijk maakt hun voorkeuren te communiceren, ervan uitgaande dat elke speler aanvankelijk alleen zijn eigen voorkeuren kent. We bekijken de resultaten van herhaalde eliminatie van strikt gedomineerde strategie-en die kunnen worden verkregen in elke gegeven communicatie-toestand. De inzichten uit de vorige hoofdstukken worden gebruikt om een epistemische basis voor onze resultaten te geven en een gedistribueerd algoritme te laten zien dat de procedures lokaal in elke speler-proces implementeert. Na dit hoofddeel van het proefschrift gaan we verder met meer losjes gerelateerde satelliet-hoofdstukken. Hoofdstuk 4 ligt kwa idee dicht bij het hoofddeel van het proefschrift, met dit verschil dat het zich richt op een gecentraliseerde in plaats van een gedistribueerde benadering, en dat het computerspellen beschouwd in plaats van spellen in de strikte speltheoretische zin. We betogen dat redeneren over kennis, ook over elkaars kennis, een cruciale rol speelt in strategische en sociale interactie in het echte leven. We bekijken bestaande literatuur en spellen die dergelijke interactie simuleren, en laten zien dat dit aspect momenteel wordt verwaarloosd. We geven concrete scenario’s uit bestaande computerspellen die zouden kunnen profiteren van de integratie van dergelijke redenerings-technieken, en onderbouwen 1 daarvan met een beschrijving van een eenvoudige uitvoering bestemd voor experimentele evaluatie. In hoofdstuk 5 doen we een voorstel voor een abstracte benadering van coalitievorming die zich richt op eenvoudige regels voor het samenvoegen en splitsen van groepen. We identificeren omstandigheden waaronder elke reeks van deze regels een unieke opsplitsing oplevert. Ons belangrijkste conceptuele instrument is een specifieke definitie van een stabiele opsplitsing. De resultaten worden geparametriseerd door een voorkeurs-relatie tussen de opsplitsingen van een groep van spelers, en zijn op natuurlijke wijze toepasbaar op coalitional TU-games, hedonic games en exchange economy games. In hoofdstuk 6 breiden we het bestaande kader van mixed multi-unit combinatorial auctions uit met tijdsbeperkingen, presenteren we een expressieve biedings-taal, en laten we zien hoe het probleem is op te lossen van het bepalen van de winnaar van dergelijke veilingen, middels een integer-programmering implementatie. Mixed multi-unit combinatorial auctions zijn veilingen waar bieders kunnen bieden op combinaties van transformaties van goederen in plaats van alleen maar simpelweg op goederen. Bijvoorbeeld, een transformatie kan deeg en water nemen en brood opleveren. Dit model heeft veel potentieel voor toepassingen in het gebied van het formeren van toeleveringsketens. Ten slotte geven we in hoofdstuk 7 een kijkje op mogelijke toekomstige richtingen voor de implementering van epistemische logica. Het onderzoek is deels uitgevoerd op het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam.