A voting rule decides on a probability distribution over a set of $m$ alternatives, based on rankings of those alternatives provided by agents. We assume that agents have cardinal utility functions over the alternatives, but voting rules have access to only the rankings induced by these utilities. We evaluate how well voting rules do on measures of social welfare and of proportional fairness, computed based on the hidden utility functions. In particular, we study the distortion of voting rules, which is a worst-case measure. It is an approximation ratio comparing the utilitarian social welfare of the optimum outcome to the welfare of the outcome selected by the voting rule, in the worst case over possible input profiles and utility functions that are consistent with the input. The literature has studied distortion with unit-sum utility functions, and left a small asymptotic gap in the best possible distortion. Using tools from the theory of fair multi-winner elections, we propose the first voting rule which achieves the optimal distortion $\Theta(\sqrt{m})$ for unit-sum utilities. Our voting rule also achieves optimum $\Theta(\sqrt{m})$ distortion for unit-range and approval utilities. We then take a similar worst-case approach to a quantitative measure of the fairness of a voting rule, called proportional fairness. Informally, it measures whether the influence of cohesive groups of agents on the voting outcome is proportional to the group size. We show that there is a voting rule which, without knowledge of the utilities, can achieve an $O(\log m)$-approximation to proportional fairness, the best possible approximation. As a consequence of its proportional fairness, we show that this voting rule achieves $O(\log m)$ distortion with respect to Nash welfare, and provides an $O(\log m)$-approximation to the core, making it interesting for applications in participatory budgeting.


翻译:根据代理商提供的替代物的等级,投票规则决定一套美元替代物的概率分布。 我们假设代理商在替代物上拥有基本的公用事业功能, 但投票规则只有这些公用事业引发的排名权。 我们根据隐藏的公用事业功能来评估社会福利和比例公平措施的投票规则的好坏。 特别是, 我们研究投票规则的扭曲性, 这是一种最坏的衡量标准。 这是将最佳结果的实用性社会福利与投票规则所选结果的公平性相比的近似比率, 最差的情况是可能的投入概况和与投入相一致的公用事业功能。 文献研究了单位和公用事业功能的扭曲性, 利用公平多赢利选举理论的工具, 我们提出了第一个投票规则, 实现最佳扭曲美元( sqrt{m} $), 我们的投票规则也实现了最优的美元( sqrt{m} 比例公平性。

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