We consider generalized Nash equilibrium problems (GNEPs) with non-convex strategy spaces and non-convex cost functions. This general class of games includes the important case of games with mixed-integer variables for which only a few results are known in the literature. We present a new approach to characterize equilibria via a convexification technique using the Nikaido-Isoda function. To any given instance $I$ of the GNEP, we derive a convexified instance $I^\text{conv}$ and show that every feasible strategy profile for $I$ is an equilibrium if and only if it is an equilibrium for $I^\text{conv}$ and the convexified cost functions coincide with the initial ones. Based on this general result we identify important classes of GNEPs which allow us to reformulate the equilibrium problem via standard optimization problems. $1.$ First, quasi-linear GNEPs are introduced where for fixed strategies of the opponent players, the cost function of every player is linear and the convex hull of the respective strategy space is polyhedral. For this game class we reformulate the equilibrium problem for $I^\text{conv}$ as a standard (non-linear) optimization problem. $2.$ Secondly, we study GNEPs with joint constraint sets. We introduce the new class of projective-closed GNEPs for which we show that $I^\text{conv}$ falls into the class of jointly convex GNEPs. As an important application, we show that general GNEPs with shared binary sets $\{0,1\}^k$ are projective-closed. $3.$ Thirdly, we discuss the class of quasi-separable GNEPs in which roughly speaking the players' cost functions depend on their own strategy only. We show that they admit a special structure leading to a characterization of equilibria via solutions of a convex optimization problem. $4.$ Finally, we present numerical results regarding the computation of equilibria for a class of quasi-linear and projective-closed GNEPs.


翻译:我们用非convex战略空间和非convex成本函数来考虑普遍纳什平衡问题。 这个普通游戏类别包括了与混合内脏变量游戏的重要案例, 文献中只知道这些变量的一些结果。 我们展示了一种新的方法, 利用Nikaido- Isoda 函数的混凝土技术来描述平衡。 在任何特定例子中, 我们用GNEP的 $美元来计算一个固定的试金币实例 $I{text{conv}, 并显示美元的每一套可行的战略配置都是平衡的, 如果它是一个混合内脏变量变量变量变量变量变量变量的平衡, 并且混在一起的成本项目。 基于这个一般结果, 我们找出了一些重要的GNEPEP项目, 通过标准优化问题。 首先, 准线性GENEP在对对手玩家的固定策略中, 每个玩家的成本功能是直线式的, 和各自战略空间的Convex ealal 美元 。

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