基于随机游走算法的频谱组合拍卖机制

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2022091351

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (8): 2352-2357.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022091351

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基于随机游走算法的频谱组合拍卖机制

王菁怡¹, 李超¹^,², 宋衡¹^,³, 李迪¹^,², 朱俊武¹()

^1.扬州大学信息工程学院，江苏扬州 225127
^2.中国船舶集团有限公司第七二三研究所，江苏扬州 225001
^3.中国科学院计算技术研究所智能信息处理重点实验室，北京 100190

收稿日期:2022-09-06 修回日期:2022-10-17 接受日期:2022-10-22 发布日期:2022-11-25 出版日期:2023-08-10
通讯作者: 朱俊武
作者简介:王菁怡（1997—），女，江苏徐州人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：机制设计、算法博弈论
李超（1982—），男，黑龙江牡丹江人，硕士，主要研究方向：电子对抗
宋衡（1990—），男，江苏常州人，博士，CCF会员，主要研究方向：自然语言处理、机制设计
李迪（1982—），男，吉林白山人，博士，主要研究方向：无人集群电子对抗；
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61872313);江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX21_3233)

Spectrum combinatorial auction mechanism based on random walk algorithm

Jingyi WANG¹, Chao LI¹^,², Heng SONG¹^,³, Di LI¹^,², Junwu ZHU¹()

^1.College of Information Engineering，Yangzhou University，Yangzhou Jiangsu 225127，China
^2.No. 723 Research Institute，China State Shipbuilding Corporation Limited，Yangzhou Jiangsu 225001，China
^3.Key Laboratory of Intelligent Information Processing，Institute of Computer Technology，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China

Received:2022-09-06 Revised:2022-10-17 Accepted:2022-10-22 Online:2022-11-25 Published:2023-08-10
Contact: Junwu ZHU
About author:WANG Jingyi， born in 1997， M. S. candidate. Her research interests include mechanism design， algorithmic game theory.
LI Chao， born in 1982， M. S. His research interests include electronic countermeasures.
SONG Heng， born in 1990， Ph. D. His research interests include natural language processing， mechanism design.
LI Di， born in 1982， Ph. D. His research interests include unmanned swarm electronic countermeasures.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61872313);Postgraduate Research and Practice Innovation Program of Jiangsu Province(KYCX21_3233)

摘要/Abstract

摘要：

如何将频谱有效地分配给用户并提高提供商的收益是目前研究的热点。针对频谱组合拍卖中提供商收益低的问题，结合用户估值分布不对称的特点，设计了基于随机游走的频谱组合拍卖（RWSCA）机制，以最大化频谱提供商的收益。首先引入了虚拟估值的思想，用随机游走算法在参数空间搜索一组最优参数，并根据参数线性映射买家的估值；然后运行基于虚拟估值的VCG （Vickrey-Clarke-Groves）机制，从而确定赢得拍卖的用户并计算相应的支付金额。理论分析证明了所提机制具有激励相容和个体理性的性质。在频谱组合拍卖仿真实验中，相较于VCG机制，RWSCA机制至少提高16.84%以上提供商收益。

关键词: 组合拍卖, 频谱, 随机游走算法, 参数搜索, 虚拟估值

Abstract:

How to allocate spectra to users efficiently and improve the revenue of providers are popular research topics recently. To address the problem of low revenue of providers in spectrum combinatorial auctions， Random Walk for Spectrum Combinatorial Auctions （RWSCA） mechanism was designed to maximize the revenue of spectrum providers by combining the characteristics of asymmetric distribution of user valuations. First， the idea of virtual valuation was introduced， the random walk algorithm was used to search for a set of optimal parameters in the parameter space， and the valuations of buyers were linearly mapped according to the parameters. Then， VCG （Vickrey-Clarke-Groves） mechanism based on virtual valuation was run to determine the users who won the auction and calculate the corresponding payments. Theoretical analysis proves that the proposed mechanism is incentive compatible and individually rational. In spectrum combinatorial auction simulation experiments， the RWSCA mechanism increases the provider’s revenue by at least 16.84%.

Key words: combinatorial auction, spectrum, random walk algorithm, parametric search, virtual valuation

中图分类号:

TP399

王菁怡, 李超, 宋衡, 李迪, 朱俊武. 基于随机游走算法的频谱组合拍卖机制[J]. 计算机应用, 2023, 43(8): 2352-2357.

Jingyi WANG, Chao LI, Heng SONG, Di LI, Junwu ZHU. Spectrum combinatorial auction mechanism based on random walk algorithm[J]. Journal of Computer Applications, 2023, 43(8): 2352-2357.

图/表 5

图1 频谱拍卖的架构

Fig. 1 Architecture of spectrum auction

表1 不同用户估值分布的参数设置

Tab. 1 Parameter settings for different user valuation distributions

参数	设置一	设置二	设置三
$f 1$	［0，1］	［1，2］	［1，2］
$f 2$	［0，1］	［1，2］	［1，5］
$δ$	0	［-1，1］	［-1，1］

表1 不同用户估值分布的参数设置

Tab. 1 Parameter settings for different user valuation distributions

参数	设置一	设置二	设置三
$f 1$	［0，1］	［1，2］	［1，2］
$f 2$	［0，1］	［1，2］	［1，5］
$δ$	0	［-1，1］	［-1，1］

表2 不同参数设置下的机制收益

Tab. 2 Mechanism revenue with different parameter setting

机制	设置一		设置二		设置三
机制	收益	提升/%	收益	提升/%	收益	提升/%
VCG	0.667	—	2.405	—	2.847	—
AMA	0.804	20.54	2.810	16.84	4.393	54.30
RWSCA-1	0.816	22.34	2.859	18.88	4.451	56.34
RWSCA-2	0.814	22.04	2.844	18.25	4.434	55.74
RWSCA-3	0.806	20.84	2.829	17.63	4.415	55.08

图2 用户数增加时的收益

Fig. 2 Revenue with increasing number of users

图3 物品数增加时的收益

Fig. 3 Revenue with increasing number of items

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基于随机游走算法的频谱组合拍卖机制

Spectrum combinatorial auction mechanism based on random walk algorithm

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