Trapianti e scambi di donatori dal punto di vista della teoria dei giochi - I



Documenti analoghi
Trapianti e scambi di donatori dal punto di vista della teoria dei giochi - II

Introduzione alla teoria dell implementazione

TEORIA DEI GIOCHI. Parte 3

Teoria dei Giochi Cooperativi

ESERCITAZIONE MICROECONOMIA (CORSO B) ESEMPI DI ESERCIZI DI TEORIA DEI GIOCHI

1 The house allocation problem

SISTEMI LINEARI MATRICI E SISTEMI 1

Teoria dei Giochi Prova del 28 Settembre 2012

MATEMATICA PER LO STUDIO DELLE INTERAZIONI STRATEGICHE: TEORIA DEI GIOCHI. Anna TORRE

Teoria dei Giochi Prova del 30 Novembre 2012

Problemi di matching

Metodi per la risoluzione di sistemi lineari

Teoria dei Giochi. Anna Torre

SOTTOSPAZI E OPERAZIONI IN SPAZI DIVERSI DA R n

TEORIA DEI GIOCHI. Anna TORRE

TEORIA DEI GIOCHI Parte 4

Gestione dello Stallo

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Principi di economia Microeconomia. Esercitazione 6 - Teoria dei Giochi. Soluzioni

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Procedura operativa per la gestione della funzione di formazione classi prime

Teoria dei Giochi Prova del 24 Febbraio 2012

FUNZIONE DI UTILITÀ CURVE DI INDIFFERENZA (Cap. 3)

Efficienza secondo i criteri di first best

LA MATEMATICA DELLE RELAZIONI SOCIALI

PREVISIONE DEL TIPO DI NUMERO DECIMALE GENERATO DA UNA FRAZIONE di Luciano Porta

Risoluzione di problemi di programmazione lineare tramite generazione di colonne

Teoria dei Giochi. Anna Torre

2.6 Calcolo degli equilibri di Nash

INFORMATICA GENERALE Prof. Alberto Postiglione Dipartimento Scienze della Comunicazione Università degli Studi di Salerno

Introduzione alla probabilità

Principi di Economia - Microeconomia Esercitazione 6 Teoria dei Giochi Soluzioni

1 IL LINGUAGGIO MATEMATICO

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Algoritmi greedy. Gli algoritmi che risolvono problemi di ottimizzazione devono in genere operare una sequenza di scelte per arrivare alla soluzione

0.1 Esercizi calcolo combinatorio

PhD Day La Ricerca si racconta. Il ruolo dei processi decisionali nella progettazione di mercati efficienti

INFORMATICA GENERALE Prof. Alberto Postiglione. Università degli Studi di Salerno. UD 3.1a: Gli Algoritmi

MATEMATICA PER LO STUDIO DELLE INTERAZIONI STRATEGICHE: TEORIA DEI GIOCHI. Anna TORRE

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Teoria dei Giochi. Anna Torre

METODI E TECNOLOGIE PER L INSEGNAMENTO DELLA MATEMATICA. Lezione n

Distribuzioni campionarie. Antonello Maruotti

La proporzione è un uguaglianza tra due rapporti. Es 3:4 =6:8. a:b = c:d

LO SCAMBIO. Scelta ottimale rappresentata con panieri di consumo, come per es. X A = (x 1 A, x 2 A ), X B = (x 1 B, x 2 B ).

Cos è la teoria dei giochi

La prospettiva e i suoi strumenti teorici e tecnici

Kangourou della Matematica 2009 finale nazionale italiana Mirabilandia, 11 maggio 2009

STRUTTURA DELLE RETI SOCIALI MATCHING MARKETS. Vincenzo Auletta Università di Salerno

TEORIA DEI GIOCHI SU RETI

In Action With Math. Competizione e Strategia - Teoria dei Giochi. Roberto Lucchetti - Giulia Bernardi. Politecnico di Milano

min det det Allora è unimodulare se e solo se det 1, 1, 0 per ogni sottomatrice quadrata di di qualsiasi dimensione.

Lezione 15 Equilibrio economico generale

Teoria dei giochi. Teoria che analizza in modo formale l interazione strategica di soggetti razionali che agiscono in modo strategico

Ordinanza concernente l attribuzione di organi per il trapianto

Teoria dei Giochi Prova del 9 Settembre se tutti i giocatori scelgono lo stesso numero, il payoff è zero per ciascun giocatore;

SISTEMI LINEARI. x y + 2t = 0 2x + y + z t = 0 x z t = 0 ; S 3 : ; S 5x 2y z = 1 4x 7y = 3

Algoritmi greedy. Gli algoritmi che risolvono problemi di ottimizzazione devono in genere operare una sequenza di scelte per arrivare alla soluzione

Il comportamento del consumatore

Ordinanza concernente l attribuzione di organi per il trapianto

Corso di Politica Economica

Algoritmi e Strutture Dati

Sistemi di 1 grado in due incognite

Parte V: Rilassamento Lagrangiano

Risoluzione di problemi ingegneristici con Excel

Corso di Politica Economica

VUOI UNA FETTA DI TORTA?

Teoria dei Giochi Prova del 24 Luglio 2012

Incentivi alla cooperazione Introduzione

Ordinanza concernente il programma nazionale di trapianto incrociato tra vivi

IGiochidiArchimede-SoluzioniBiennio 23 novembre 2005

La manipolabilità nei sistemi multi-agenti

MATEMATICA PER LO STUDIO DELLE INTERAZIONI STRATEGICHE: TEORIA DEI GIOCHI. 1 Giochi cooperativi ad utilità trasferibile (TUgames).

Modelli di Ottimizzazione: definizione formale

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Corso di Laurea in Matematica per l Informatica e la Comunicazione Scientifica

In questo esempio, come in tutti gli altri, chiamiamo l individuo 1 giocatore di riga, perché deve scegliere di collocarsi in una delle due righe

Organizzazione Fisica dei Dati (Parte II)

La funzione Hash. Garanzia dell integrità dei dati e autenticazione dei messaggi

Problemi di scelta ESEMPI

Quali condizionisi si possono richiedere sulla funzione interpolante?

Calcolo delle Probabilità

*Solo software legalmente riconosciuti e registrati. Network in possesso di regolare licenza. **Disponibili network gaming Poker, Casino, Scommesse.

La Teoria dei Giochi. (Game Theory)

1 Giochi ad informazione incompleta.

1) Data la seguente istanza di TSP (grafo completo con 5 nodi): c 12 = 52; c 13 = 51; c 14 = 40; c 15 = 53; c 23 = 44;

Giochi strategici: matematica tra psicologia, filosofia e applicazioni concrete Cesenatico 3 Maggio / 38

QUADRILATERO DI AREA MASSIMA ASSEGNATI I LATI

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Osservazioni sulle funzioni composte

Se x y è pari vinci 1 euro (n.b. assumiamo 0 sia un numero pari);

1) I due teoremi fondamentali dell economia del benessere

Teoria dei Giochi. Anna Torre

TRAGEDY OF COMMONS. p = x 1 + x x n

Scuola di Architettura e società. Centro Orientamento Studenti

Teoria dei Giochi. Anna Torre

Teorema 1. Il problema AP è N P-complete.

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTÀ DI INGEGNERIA. Algoritmi

Informatica, Algoritmi, Linguaggi

Transcript:

Trapianti e scambi di donatori dal punto di vista della teoria dei giochi - I Silvia Villa Dipartimento di Matematica Università di Genova villa@dima.unige.it Almo Collegio Borromeo Pavia, 23 Aprile 2008

Trapianti di rene Introduzione E attualmente una terapia di routine, la migliore disponibile, per molti tipi di malattie La domanda è molto superiore all offerta, quindi esiste una lunga lista d attesa Il trapianto da vivente è possibile

Vincolo istituzionale non si possono vendere e comperare organi (in quasi nessuno stato) c è una ricca letteratura sulla possibilità di rendere legale la vendita di organi (Becker- Elias 2002) in Olanda: proposta di offrire un assicurazione sulla salute gratuita per tutta la vita a chi dona un rene (The Sunday Times, 18/11/2007)

Vincoli di tipo medico: compatibilità di gruppo sanguigno 0 A B AB

Vincoli di tipo medico: compatibilità tissutale (o HLA) ciascun individuo è di un tipo HLA il tipo HLA è determinato da una combinazione di 6 proteine il crossmatch positivo rende impossibile il trapianto

Un esempio sulla compatibilità HLA Gruppo HLA del donatore: 2 30 13 49 4 7 Gruppo HLA del ricevente: 1 2 70 8 4 7 ci sono 3 mismatch tra donatore e ricevente il numero di mismatch è una misura del livello di compatibilità

Il sistema trapianti in Italia Quando un rene (da cadavere) si rende disponibile la priorità di ciascun paziente viene determinata in base a: compatibilità di gruppo sanguigno e HLA differenza di età e di peso tempo trascorso in lista d attesa centro di provenienza del rene

Come funziona il trapianto da vivente Il paziente deve trovare un donatore disponibile (un parente, un coniuge o una persona a lui stabilmente legata) Se il trapianto è possibile viene eseguito (dopo accertamenti medici, psicologici e legali) Se il trapianto non è possibile il paziente viene reinserito nella lista d attesa

Scambi di donatori Introduzione Scambio tra due coppie incompatibili Donatore 1 Ricevente 1 Donatore 1 e Ricevente 1 sono incompatibili

Scambi di donatori Introduzione Scambio tra due coppie incompatibili Donatore 1 Ricevente 1 Donatore 2 Ricevente 2 Donatore 1 e Ricevente 1 sono incompatibili Donatore 2 e Ricevente 2 sono incompatibili

Scambi di donatori Introduzione Scambio tra due coppie incompatibili Donatore 1 Ricevente 1 Donatore 2 Ricevente 2 Ricevente 1 e Ricevente 2 sono reciprocamente compatibili

Scambio di donatori indiretto Tre coppie incompatibili Donatore 1 Ricevente 1 Donatore 3 Ricevente 3 Ricevente 2 Donatore 2

Scambio di donatori indiretto Tre coppie incompatibili Donatore 1 Ricevente 1 Donatore 3 Ricevente 3 Ricevente 2 Donatore 2

Scambi con la lista Introduzione Una coppia con la lista Donatore Ricevente Lista

Scambi con la lista Introduzione Una coppia con la lista Donatore Ricevente priorità Lista

Scambi più elaborati Una combinazione ammissibile Donatore 1 Ricevente 1 Lista Ricevente 2 Donatore 2

Scambi più elaborati Una combinazione ammissibile Donatore 1 Ricevente 1 Lista Ricevente 2 Donatore 2

Osservazioni sugli scambi sono eticamente accettati (vengono considerati come scambi di doni) sono ancora poco diffusi, ma programmi di scambio sono nati in molte nazioni tutte le operazioni devono essere fatte contemporaneamente

Ipotesi e modelli Introduzione Tre ipotesi sono fondamentali per la costruzione del modello: preferenze dei pazienti sui reni compatibili basate sulla compatibilità 0-1: ogni paziente è indifferente tra tutti i reni compatibili numero di trapianti contemporanei ammessi scambi con la lista

(Roth-Sönmez-Ünver, KE 2004) le preferenze dei pazienti dipendono dal livello di compatibilità non ci sono vincoli sulla lunghezza dei cicli ammissibili sono ammessi gli scambi con la lista

(Cechlárová-Fleiner-Manlove, The KE game 2005) le preferenze dei pazienti dipendono dal livello di compatibilità e dalla lunghezza del ciclo in cui sono inseriti non sono ammessi gli scambi con la lista

Modello 3 (Roth-Sönmez-Ünver, Pairwise KE 2005) le preferenze dei pazienti sono del tipo 0-1 sono ammessi soltanto scambi diretti non sono ammessi gli scambi con la lista

Modello 4 (Villa-Patrone 2008) le preferenze dei pazienti dipendono dal livello di compatibilità sono ammessi soltanto scambi diretti non sono ammessi gli scambi con la lista

Algoritmi Introduzione per ognuno dei modelli precedenti, a parte il modello 2, esistono degli algoritmi che trovano le "soluzioni del problema" interessante è confrontare gli algoritmi ottenuti con un approccio teorico con quelli utilizzati in pratica faremo il confronto con l algoritmo correntemente in uso in Olanda

Mercati con beni indivisibili Gale - Shapley 1962 Shapley-Scarf 1974 Roth 1982 Abdulkadiroglu- Sönmez 1999

Descrizione del modello abbiamo un insieme N di n individui (pazienti) ogni individuo possiede un bene indivisibile (una casa, un donatore, o un insieme di donatori) ogni individuo vuole soltanto un bene, ed ha preferenze strette sui beni disponibili il risultato che cerchiamo è una redistribuzione degli beni, che sia in accordo con le preferenze degli individui

Formalizzazione - esempio Supponiamo di avere 3 individui e sia 0 1 2 A = 2 0 1 1 2 0

Formalizzazione - esempio Supponiamo di avere 3 individui e sia 0 1 2 A = 2 0 1 1 2 0 Possiamo costruire un gioco cooperativo a utilità non trasferibile: V (1) : (0,, ) V (2) : (, 0, ) V (3) : (,, 0) V (1, 2) : (1, 2, ) V (1, 3) : (2,, 1) V (2, 3) : (, 1, 2) V (1, 2, 3) (1, 2, 0), (2, 0, 1), (0, 1, 2), (2, 2, 2), (1, 1, 1).

C è una soluzione stabile Teorema di Shapley e Scarf Il nucleo del gioco (N, V ) è non vuoto. Provare che il nucleo è non vuoto assicura che esistono allocazioni che non sono bloccate da nessuna coalizione più piccola e quindi sono stabili

Algoritmo Top Trading Cycle (Gale) Fornisce un metodo costruttivo per trovare una soluzione, cioè un elemento del nucleo. 1 si ordinano i pazienti in qualche modo 2 il primo paziente punta verso il suo donatore preferito (tra quelli disponibili) 3 ciascun donatore punta verso il suo paziente 4 appena si forma un ciclo si eliminano i pazienti e i donatori coinvolti 5 se ci sono ancora dei pazienti sul mercato si torna al punto 2

Algoritmo Top Trading Cycle (Gale) Fornisce un metodo costruttivo per trovare una soluzione, cioè un elemento del nucleo. 1 si ordinano i pazienti in qualche modo 2 il primo paziente punta verso il suo donatore preferito (tra quelli disponibili) 3 ciascun donatore punta verso il suo paziente 4 appena si forma un ciclo si eliminano i pazienti e i donatori coinvolti 5 se ci sono ancora dei pazienti sul mercato si torna al punto 2

Algoritmo Top Trading Cycle (Gale) Fornisce un metodo costruttivo per trovare una soluzione, cioè un elemento del nucleo. 1 si ordinano i pazienti in qualche modo 2 il primo paziente punta verso il suo donatore preferito (tra quelli disponibili) 3 ciascun donatore punta verso il suo paziente 4 appena si forma un ciclo si eliminano i pazienti e i donatori coinvolti 5 se ci sono ancora dei pazienti sul mercato si torna al punto 2

Algoritmo Top Trading Cycle (Gale) Fornisce un metodo costruttivo per trovare una soluzione, cioè un elemento del nucleo. 1 si ordinano i pazienti in qualche modo 2 il primo paziente punta verso il suo donatore preferito (tra quelli disponibili) 3 ciascun donatore punta verso il suo paziente 4 appena si forma un ciclo si eliminano i pazienti e i donatori coinvolti 5 se ci sono ancora dei pazienti sul mercato si torna al punto 2

Algoritmo Top Trading Cycle (Gale) Fornisce un metodo costruttivo per trovare una soluzione, cioè un elemento del nucleo. 1 si ordinano i pazienti in qualche modo 2 il primo paziente punta verso il suo donatore preferito (tra quelli disponibili) 3 ciascun donatore punta verso il suo paziente 4 appena si forma un ciclo si eliminano i pazienti e i donatori coinvolti 5 se ci sono ancora dei pazienti sul mercato si torna al punto 2

Algoritmo Top Trading Cycle (Gale) Fornisce un metodo costruttivo per trovare una soluzione, cioè un elemento del nucleo. 1 si ordinano i pazienti in qualche modo 2 il primo paziente punta verso il suo donatore preferito (tra quelli disponibili) 3 ciascun donatore punta verso il suo paziente 4 appena si forma un ciclo si eliminano i pazienti e i donatori coinvolti 5 se ci sono ancora dei pazienti sul mercato si torna al punto 2

Esempio Introduzione Consideriamo un problema di KE con 12 coppie con le seguenti preferenze: r 1 : d 9 d 10 r 7 : d 6 d 1 d 3 d 9 d 10 d 1 r 2 : d 11 d 3 d 5 d 6 r 8 : d 6 d 4 d 11 d 2 d 3 r 3 : d 2 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 r 9 : d 3 d 11 r 4 : d 5 d 9 d 1 d 8 d 10 d 3 r 10 : d 11 d 1 d 4 d 5 d 6 d 7 r 5 : d 3 d 7 d 11 d 4 r 11 : d 3 d 6 d 5 r 6 : d 3 d 5 d 8 r 12 : d 11 d 3 d 9 d 8 d 10

Risultato e commenti il risultato è (3, 2, 11), (9), (1, 10), (5, 7, 6), (4, 8), (12) non tutti i pazienti ricevono un trapianto, ma l allocazione è efficiente i pazienti r 2, r 3, r 11 ricevono il loro rene preferito si potrebbe pensare di ordinare i pazienti in modo furbo

Ancora commenti (di Roth e Postlewaite) nel caso le preferenze siano strette il risultato del TTC è unico (non conta l ordine), perché il nucleo del gioco contiene solo un allocazione se le preferenze dei giocatori sono segrete, e il meccanismo adottato per la scelta della soluzione è il TTC, rivelare le reali preferenze è una strategia dominante per i giocatori la funzione di scelta sociale determinata dal TTC soddisfa la proprietà di incentive compatibility

Scambi con la lista - problemi collegati Il problema degli scambi con la lista è molto simile a quello dell assegnazione delle stanze di un collegio a degli studenti, con le seguenti ipotesi: le stanze vengono assegnate da un ufficio alcune stanze sono già occupate dagli studenti più grandi, che possono decidere di tenere la stanza che hanno oppure possono fare richiesta per cambiare stanza costruiamo un meccanismo simile al TTC, che si chiamato dagli autori: You Request My House - I Get Your Turn

Il meccanismo YRMH - IGYT tutti gli studenti dichiarano le loro preferenze rispetto alle stanze si sceglie (casualmente?) un ordinamento degli studenti al primo studente si assegna la sua prima scelta, al secondo la sua prima scelta tra le stanze rimanenti e così via fino a che qualcuno non richiede una stanza già occupata da uno studente più grande che ancora non è stato interpellato quando questo accade, si modifica l ordinamento della lista spostando al primo posto lo studente grande e si va avanti se si forma un ciclo, questo è fatto solo da studenti grandi: in questo caso si fanno gli scambi previsti dal ciclo e si eliminano gli studenti nel ciclo dalla procedura

Commenti Introduzione Il meccanismo YRMY - IGYT assicura che gli studenti grandi ottengano una stanza non peggiore di quella che hanno già gli studenti sono quindi incentivati a partecipare alla procedura

Stanze e reni: differenze e analogie gli studenti grandi sono le coppie paziente-donatore; gli studenti nuovi (quelli senza stanza) sono i pazienti in lista nel caso dei reni: quando il donatore d 1 dona il suo rene al paziente più in alto nella lista d attesa, il paziente r 1 viene inserito al primo posto nella lista d attesa la principale differenza è che il paziente che ottiene il primo posto in lista d attesa non sa quando arriverà un rene compatibilie, né quanto sarà buono, mentre uno studente grande sa che stanza avrà in cambio della sua a seconda delle preferenze della coppia, l opzione lista può essere considerata possibile oppure no.

Esempio 1 - Top Trading Cycles and Chains Supponiamo di essere nella seguente situazione, sapendo che le preferenze del paziente r 4 sono d 3, d 1 : d 1 r 1 d 2 r 2 r 4 d 4 d 3 w r 3

Commenti Esempio 1 TTCC si ottengono cicli e catene; i cicli sono disgiunti, le catene si possono intersecare serve una regola di selezione delle catene. Possibilità scegliere la catena più lunga e toglierla (oppure lasciarla), e se ci sono più catene della stessa lunghezza, scegliere quella che contiene il paziente con più alta priorità scegliere la catena più corta e toglierla scegliere le catene che contengono pazienti di tipo 0

Esempio 2- Top Trading Cycles and Chains (R-S-U 2004) Consideriamo un problema di KE con 12 coppie con le seguenti preferenze: t 1 : k 9 k 10 k 1 t 7 : k 6 k 1 k 3 k 9 k 10 k 7 w t 2 : k 11 k 3 k 5 k 6 k 2 t 8 : k 6 k 4 k 11 k 2 k 3 k 8 t 3 : k 2 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 w t 9 : k 3 k 11 w t 4 : k 5 k 9 k 1 k 8 k 10 k 3 w t 10 : k 11 k 1 k 4 k 5 k 6 k 7 w t 5 : k 3 k 7 k 11 k 4 k 5 t 11 : k 3 k 6 k 5 k 11 t 6 : k 3 k 5 k 8 t 12 : k 11 k 3 k 9 k 8 k 10

Primo round TTCC: rimozione dei cicli

Secondo round TTCC: rimozione dei cicli

Terzo round TTCC: selezione della catena

Quarto round TTCC: ancora cicli da rimuovere

L ultima catena Introduzione

Incentive compatibility ed efficienza del TTCC Il meccanismo TTCC soddisfa la proprietà di incentive compatibility solo per alcune regole di selezione delle catene La regola di selezione della catena più lunga non è incentive compatible, quella della catena più corta sì Il meccanismo TTCC è efficiente solo se le catene non vengono eliminate appena si formano

Esempio R-S-U 2004 Supponiamo che il paziente r 4 dichiari delle preferenze false, anziché quelle vere: r 4 : d 5 d 9 d 1 d 8 d 10 d 3 l VERE r 4 : d 5 d 1 d 9 d 8 d 10 d 3 l FALSE Al terzo round, viene selezionata la catena (8, 4, 1, 9). r 4 riceve il rene d 4 che preferisce al rene d 8 che avrebbe altrimenti ricevuto.

: considerazioni conclusive possono formarsi cicli anche molto lunghi ci sono problemi logistici e di non affidabilità dei cicli ammettere cicli lunghi aumenta l efficienza, ci sono lavori su questo (R-S-U) sono state fatte simulazioni per valutare l impatto di questa pratica sul sistema trapianti (anche al variare della lunghezza dei cicli ammessi) è un modello statico

(Cechlárová-Fleiner-Manlove, The KE game 2005) le preferenze dei pazienti dipendono dal livello di compatibilità e dalla lunghezza del ciclo in cui sono inseriti non sono ammessi gli scambi con la lista

Preferenze dei pazienti Ogni allocazione assegna un donatore e un ciclo ad ogni paziente. Definizione delle preferenze Il paziente i preferisce la coppia (d j, M) alla coppia (d k, N) se preferisce d j a d k oppure è indifferente tra d j e d k, e il ciclo M è più corto del ciclo N

Osservazioni Introduzione è possibile costruire un gioco cooperativo simile a quello di prima che rappresenta la situazione non è chiaro quando il nucleo di questo gioco sia non vuoto esiste un algoritmo, nel caso di preferenze 0-1 sui reni (CoreSimpleGame)

Bibliografia Introduzione Gli articoli di Roth-Sönmez-Ünver sono reperibili all indirizzo: http://kuznets.fas.harvard.edu/ aroth/alroth.html