Spieltheorie und IT: Anwendungsgebiete und Einsätze

Hilft die Beherrschung der Spieltheorie, neue Möglichkeiten im IT-Bereich zu finden?

Die Anwendung der Spieltheorie stellt nicht nur für reine Mathematiker ein interessantes Einsatzgebiet dar. Auch in der IT werden mithilfe der mathematischen Theorie Entscheidungssituationen modelliert und so Vorhersagen aufgestellt. Diese haben praktische Anwendungen in vielen Bereichen. Der Nutzen der Spieltheorie in der IT wird folgend anhand von Modellen zur Beschreibung des menschlichen Verhaltens, der Anwendung bei tatsächlichen Spielen und der Modellierung von Mustern im Rahmen der Evolutionstheorie aufgezeigt.

Sicherheit durch Simulation von menschlichem Verhalten

Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche ist die Sicherheit. Denn grundlegend beschäftigt sich die Spieltheorie mit der Frage, ob kooperatives oder nicht-kooperatives Verhalten in sozialen Konfliktsituationen Vorteile bringt. Der IT ist es möglich, mithilfe der Spieltheorie computergestützte Modelle über das menschliche Verhalten zu erstellen. Möchte man zum Beispiel das Verhalten von Menschen auf vielbelebten Straßen oder Plätzen berechnen, so kann die Spieltheorie hier helfen: Ausweichen, Gehgeschwindigkeit und mehr sind alles Teil eines „Spiels“. Im Optimalfall wird das Nash-Gleichgewicht erreicht: Alle Individuen in der Menge wählen dann jene Strategie, die ihnen und ihren „Mitspielern“ die optimale Lösung bietet. Die Berechnung hierzu geht auf John F. Nash, den Vater der Spieltheorie, zurück, dessen Lebensgeschichte in dem Film „A Beautiful Mind“ festgehalten wurde. In der Informationstechnologie kann die Berechnung des Verhaltens einer Menschenmenge helfen, Konzepte für sichere Demonstrationen, Konzerte und andere öffentliche Ereignisse zu erstellen. Computergestützte Modelle können so die Berechnungen von Stadtplanern, Architekten und politischen Entscheidungsträgern verifizieren oder falsifizieren.

Simulation von Glücksspielen und Entwicklung von Strategien

Die Simulation von Glücksspielen ist nicht nur für die Entwicklung eines beliebten Spieles, sondern auch für die Ausarbeitung von Strategien ausschlaggebend. Spieltheorie und IT können zum Beispiel Poker- und Blackjackspielern dabei helfen, zu lernen, welche Strategien in welcher Situation die besten Aussichten auf Erfolg haben. Ebenso ist es bei Baccarat: Ähnlich wie im Black Jack ist es hier möglich, Wetten mit größeren Gewinnchancen einzugehen, wenn man mithilfe der Spieltheorie vorhersagen kann, welche Karten als nächstes aufgedeckt werden. Ein guter Spieler erhöht so seine Gewinnchancen und im Laufe der Zeit sind viele Systeme entstanden, nach denen sich die Profis richten. Prinzipiell ist die Spieltheorie bei allen Glücksspielen, bei der das Verhalten des Gegenübers eine wichtige Rolle spielt, hilfreich.
Spieler wie Phil Ivey machten sich in der Vergangenheit aber Techniken wie „Edge Sorting“ zunutze. Hierbei erschleichen sich die Spieler einen Vorteil, indem sie Schwächen im Herstellungsprozess bestimmter Spielkarten ausnutzen, deren Rückseite nie absolut einheitlich bedruckt ist. Perfekt ausgeführt, kann die Methode die Gewinnchance um 20 % erhöhen.

Evolutionäre Spieltheorie

Die computergestützte Simulation der Spieltheorie hilft bereits seit den 1970er Jahren, einzelne Aspekte der Evolutionstheorie wissenschaftlich zu untermauern. So konnte dank der Simulationen nachgewiesen werden, dass nicht die Art, sondern die genetische Anlage eines Tieres in der natürlichen Selektion eine Rolle spielt. Forscher wie Richard Dawkins, die als erste das Gen als maßgebliche Einheit der natürlichen Selektion postulierten, begegneten zunächst Skepsis. Doch heute kann mit Hilfe immer komplexerer Berechnungen gezeigt werden, dass das altruistische Verhalten von Individuen durch „egoistische“ Gene motiviert ist. In Populations-Simulationen entstehen so für verschiedene Spezies und Umwelten ein anderes evolutionäres Gleichgewicht. Ein altruistisches Verhalten erhöht die Chance, die eigenen Gene der nächsten Generation weiterzugeben. Derartige Nachweise waren der IT noch vor wenigen Jahrzehnten aufgrund der begrenzten Rechenkapazitäten nur schwer möglich. Zusätzlich beschäftigt sich die evolutionäre Spieltheorie auch mit der Ausbreitung von Infektionen, sowie mit der Verbreitung einzelner Phänotypen innerhalb einer Population. Beschrieben werden die Dynamiken mithilfe von Replikatorgleichungen.

Fazit

Die Spieltheorie kann in der Informationstechnologie für eine weite Bandbreite an Applikationen benutzt werden. Daher hilft die Expertise der Spieltheorie dabei, die alltägliche Sicherheit zu erhöhen, Spielestrategies zu entwickeln und das Wissen über die Evolution zu erweitern.