This paper addresses two deficiencies of models in the area of matching-based market design. The first arises from the recent realization that the most prominent solution that uses cardinal utilities, namely the Hylland-Zeckhauser (HZ) mechanism, is intractable; computation of even an approximate equilibrium is PPAD-complete. The second is the extreme paucity of models that use cardinal utilities. Our paper addresses both these issues by proposing Nash-bargaining-based matching market models. Since the Nash bargaining solution is captured by a convex program, efficiency follows. In addition, it possesses several desirable game-theoretic properties. Our approach yields a rich collection of models: for one-sided as well as two-sided markets, for Fisher as well as Arrow-Debreu settings, and for a wide range of utility functions, all the way from linear to Leontief. We give very fast implementations for these models using Frank-Wolfe and Cutting Plane algorithms. These help solve large instances with several thousand agents and goods in a matter of minutes on a PC, even for a one-sided matching market under piecewise-linear concave utility functions and a two-sided matching market under linear utility functions. In contrast, using HZ, going beyond even $n = 10$ is prohibitive. Several new ideas were needed, beyond the standard methods, to obtain these implementations. In particular, we present several lower bounding schemes, which not only help improve the convergence of our solution methods but also shed light on fairness properties of the Nash-bargaining-based models.


翻译:本文针对匹配市场设计领域的两个不足进行探讨。第一个不足是最主要的基于基数效用的解决方案——Hylland-Zeckhauser (HZ)机制——最近被认为是不可解的。即使是对近似均衡的计算也是PPAD完备的。第二个不足是极度缺乏使用基数效用的模型。为解决这两个问题,本文提出了基于纳什谈判的匹配市场模型。由于纳什谈判解可以通过凸规划来捕捉,因此效率得以保证。此外,它还具有几个有利的博弈论特性。本文的方法提供了丰富的模型,包括单面和双面市场、Fisher和Arrow-Debreu设置以及从线性到Leontief的各种效用函数。我们使用Frank-Wolfe和Cutting Plane算法提供了非常快速的实现。这些算法即使在具有数千个代理和商品的单面匹配市场下,对于分段线性凹效用函数以及双面匹配市场下的线性效用函数,也可以在几分钟内在PC上解决。相比之下,使用HZ机制,甚至超过 $n=10$ 就变得禁止。为了获得这些实现,需要采用许多新的想法,超越标准方法。特别是,我们提出了几种下限方案,它不仅有助于改善我们的解决方案方法的收敛性,还可以揭示基于纳什谈判的模型的公平性质。

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