In this work, we provide a structural characterization of the possible Nash equilibria in the well-studied class of security games with additive utility. Our analysis yields a classification of possible equilibria into seven types and we provide closed-form feasibility conditions for each type as well as closed-form expressions for the expected outcomes to the players at equilibrium. We provide uniqueness and multiplicity results for each type and utilize our structural approach to propose a novel algorithm to compute equilibria of each type when they exist. We then consider the special cases of security games with fully protective resources and zero-sum games. Under the assumption that the defender can perturb the payoffs to the attacker, we study the problem of optimizing the defender expected outcome at equilibrium. We show that this problem is weakly NP- hard in the case of Stackelberg equilibria and multiple attacker resources and present a pseudopolynomial time procedure to solve this problem for the case of Nash equilibria under mild assumptions. Finally, to address non-additive security games, we propose a notion of nearest additive game and demonstrate the existence and uniqueness of a such a nearest additive game for any non-additive game.


翻译:在这项工作中,我们从结构上描述研究周密的安全游戏类别中可能存在的纳什平衡和添加工具。我们的分析将可能的平衡分类为七种类型,我们为每种类型的参与者提供封闭式的可行性条件,为平衡的参与者提供预期结果的封闭式表达方式。我们为每种类型的参与者提供独特性和多重结果,并利用我们的结构性方法提出一种新奇算法,以计算每一种类型的平衡;然后我们考虑安全游戏的特殊情况,并充分保护资源和零和游戏。假设捍卫者可以破坏对攻击者的报酬,我们研究在平衡时优化捍卫者预期结果的问题。我们表明,在Stakelberg equiliblibria 和多个攻击者资源的情况下,这个问题的NP非常困难,并提出了一种假的极化时间程序,以在存在这种类型的平衡的情况下解决该问题。最后,为了解决非补充性的安全游戏,我们提出了一个最接近的添加游戏的概念,并展示这种最接近的游戏的变异性游戏的存在和独特性。

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