We study the fair division problem on divisible heterogeneous resources (the cake cutting problem) with strategic agents, where each agent can manipulate his/her private valuation in order to receive a better allocation. A (direct-revelation) mechanism takes agents' reported valuations as input and outputs an allocation that satisfies a given fairness requirement. A natural and fundamental open problem, first raised by [Chen et al., 2010] and subsequently raised by [Procaccia, 2013] [Aziz and Ye, 2014] [Branzei and Miltersen, 2015] [Menon and Larson, 2017] [Bei et al., 2017] [Bei et al., 2020], etc., is whether there exists a deterministic, truthful and envy-free (or even proportional) cake cutting mechanism. In this paper, we resolve this open problem by proving that there does not exist a deterministic, truthful and proportional cake cutting mechanism, even in the special case where all of the following hold: 1) there are only two agents; 2) agents' valuations are piecewise-constant; 3) agents are hungry. The impossibility result extends to the case where the mechanism is allowed to leave some part of the cake unallocated. We also present a truthful and envy-free mechanism when each agent's valuation is piecewise-constant and monotone. However, if we require Pareto-optimality, we show that truthful is incompatible with approximate proportionality for any positive approximation ratio under this setting. To circumvent this impossibility result, motivated by the kind of truthfulness possessed by the I-cut-you-choose protocol, we propose a weaker notion of truthfulness: the proportional risk-averse truthfulness. We show that several well-known algorithms do not have this truthful property. We propose a mechanism that is proportionally risk-averse truthful and envy-free, and a mechanism that is proportionally risk-averse truthful that always outputs allocations with connected pieces.


翻译:我们研究了具有战略代理的可分割异构资源上的公平分配问题(蛋糕切分问题),其中每个代理可以操纵其私有估值以获取更好的分配。一种(直接启示)机制将代理人报告的估值作为输入,并输出满足给定公平要求的分配。一个自然而基本的未解决问题,由[Chen et al., 2010]首次提出,随后由[Procaccia, 2013] [Aziz and Ye, 2014] [Branzei and Miltersen, 2015] [Menon and Larson, 2017] [Bei et al., 2017] [Bei et al., 2020]等人提出,即是否存在确定性、真实和无嫉妒(甚至比例)的蛋糕切分机制。在本文中,我们通过证明即使在以下所有情况下也不存在确定性、真实和比例的蛋糕切分机制,解决了这个开放问题:1)只有两个代理;2)代理的估值是分段常数;3)代理很饥饿。不可能性结果扩展到允许机制留下一部分蛋糕未分配的情况。当每个代理的估值是分段常数和单调的时,我们也提出了一个真实和无嫉妒的机制。然而,如果我们要求 Pareto 优化,我们将证明在这种情况下,对于任何正的近似比例,真实与近似比例是不兼容的。为了避免这个不可能的结果,我们提出了真实程度较弱的真实性: 比例的风险规避真实性。我们展示了一些著名算法没有这个真实性质。我们提出了一个比例的风险规避真实和无嫉妒的机制,以及一种比例的风险规避真实的机制,始终输出具有连接片的分配。

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