Кіріспе

Математикалық мәселе оптималдық тоқтату теориясын қамтиды. Хатшы мәселесі қолданбалы ықтималдық, статистика және шешім қабылдау теориясы салаларында кеңінен зерттелген оптималдық тоқтату теориясының мысалын көрсетеді. Ол сондай-ақ неке мәселесі, сұлтанның құдалық сыйлығы мәселесі, талғампаз күйеуші мәселесі, гугол ойыны және ең жақсы таңдау мәселесі ретінде де белгілі. Оның шешімі 37% ережесі деп аталады. Мәселенің негізгі түрі мынадай: бір әкімші лауазымға үміткерлердің арасынан ең жақсы хатшыны жұмысқа алғысы келеді. Үміткерлер кездейсоқ тәртіппен бірінен соң бірі сұхбатқа шақырылады. Әрбір үміткер туралы шешім сұхбаттан кейін дереу қабылдалуы керек. Егер үміткерге бас тартылса, оны қайта шақыру мүмкін емес. Сұхбат кезінде әкімшіге қазітке дейін сұхбатқа шақырылған барлық үміткерлердің арасында оны бағалауға жеткілікті ақпарат келеді, бірақ әлі көрілмеген үміткерлердің сапасы туралы білмейді. Сұрақ – ең жақсы үміткерді таңдау ықтималдығын арттыру үшін қандай оңтайлы стратегияны (тоқтату ережесін) қолдану керек? Егер шешімді кейінге қалдыруға мүмкіндік болса, оны ағымдағы максимумды (және оған кім жеткенін) қадағалап, соңында жалпы максимумды таңдау арқылы қарапайым максимумды таңдау алгоритмімен шешуге болады. Қиындық – шешімді дереу қабылдау қажеттігінде. Қазіргі кездегі ең қысқа дәлел – бұл мүмкіндіктер алгоритмі. Ол ең жақсы жеңіске жету ықтималдығы әрқашан кем дегенде (e – табиғи логарифмнің негізі) тең екенін және бұл тіпті әлдеқайда жалпы жағдайда да сақталады екенін көрсетеді. Тоқтатудың оңтайлы ережесі сұхбатқа шақырылған алғашқы үміткерлерді әрқашан қабылдамауды және содан кейін қазітке дейін сұхбатқа шақырылған барлық үміткерлерден жақсырақ болған алғашқы үміткерде тоқтауды (немесе егер мұндай жағдай болмаса, соңғы үміткерге дейін жалғастыруды) ұсынады. Кейде бұл стратегия тоқтату ережесі деп аталады, өйткені осы стратегияны қолданғанда ең жақсы үміткерді таңдау ықтималдығы орташа мәндер үшін шамамен 100 немесе 100 миллион үміткер болған жағдайда да шамамен бірдей болады. Хатшы мәселесіне осы деңгейде көп көңіл бөлінуінің себебі – мәселенің оңтайлы саясаты (тоқтату ережесі) қарапайым және шамамен 37% жағдайда ең жақсы үміткерді таңдайды.

Баламалы шешім

Бұл мәселені және бірнеше өзгерістерді (оның ішінде оптималдықты дәлелдеуді) басқа да қолданыстары бар шанстар алгоритмімен қарапайым жолмен шешуге болады. Осы алгоритммен шешілетін хатшы мәселесіне қатысты өзгерістерге өтініш берушілердің кездейсоқ түрде қолжетімді болуы, шешім қабылдаушыға қызығушылық тудыратын өтініш берушілерге қатысты кеңейтілген гипотезалар, өтініш берушілерге арналған топтық әңгімелер, сондай-ақ өтініш берушілердің кездейсоқ санына қатысты белгілі бір модельдер жатады.

Шектеулер

Хатшы мәселесін шешу тек қана үміткерлердің қолданылған шешім стратегиясын білмейтінін негіздегенде ғана мағыналы, себебі ерте үміткерлердің мүлдем мүмкіндігі болмайды және олар басқа жағдайда келмеуі мүмкін. Классикалық хатшы мәселесін шешудің маңызды кемшілігі – үміткерлердің саны алдын ала белгілі болуы керек, бұл сирек кездеседі. Бұл мәселенің бір жолы – үміткерлердің саны белгілі бір таралуы бар кездейсоқ шама деп қарастыру (Пресман және Сонин, 1972). Дегенмен, бұл модель үшін оңтайлы шешім әдетте әлдеқайда қиын. Сонымен қатар, оңтайлы табыс ықтималдығы енді 1/e шамасында емес, көбінесе төмен болады. Бұл үміткерлердің санын білмеу үшін «төлем» жасаумен байланысты түсіндірілуі мүмкін. Алайда, бұл модельдегі төлем жоғары. Таралуын таңдауға байланысты, оңтайлы жеңіс ықтималдығы нөлге жақындауы мүмкін. Бұл жаңа мәселені шешудің жолдарын іздеу, ең жақсы таңдаудың 1/e заңы деп аталатын жаңа модельге алып келді.

Шешім

Егер Боб оптималды салыстырмалы ранг бойынша тоқтату стратегиясын ойнаса, онда оның жеңіске жету ықтималдығы 1/2-ге тең болады. Күтпегенінен, Алисаның минимакс стратегиясы жоқ, бұл Т. Ковердің парадоксымен және екі конверт парадоксымен тығыз байланысты. Нақтырақ айтқанда, Боб мынадай стратегияны қолдана алады: кездейсоқ санды таңдап алсын. Егер , онда таңдасын, әйтпесе таңдасын. Осылайша, Боб 1/2-ден жоғары ықтималдықпен жеңіске жете алады. Егер Алисаның сандары әртүрлі болса, онда белгілі бір жағдайда Боб 1/2 ықтималдығымен жеңіске жетеді, ал басқа жағдайда 1 ықтималдығымен жеңіске жетеді. Кездейсоқ сан кез келген кездейсоқ үлестірімнен, нөлдік емес ықтималдығы болғанша, алынуы мүмкін екеніне назар аударыңыз. Дегенмен, кез келген үшін, Алиса алмастырылатын тізбек құрастыра алады, сондықтан Бобтың жеңіске жету ықтималдығы ең көп болады. Ал үшін, жауап иә: Алиса кездейсоқ сандарды (бұлар тәуелді кездейсоқ шамалар) осылай таңдай алады, Боб салыстырмалы рангтарға негізделген классикалық тоқтату стратегиясын қолданудан жақсы ойнамайды.

Эвристикалық орындау

Мақаланың қалған бөлігі тағы да белгілі бір сандағы үміткерлердің хатшы проблемасын қарастырады. Зерттеушілер хатшы мәселесінде қолданылуы мүмкін бірнеше психологиялық тұрғыдан негізделген эвристикалар үшін күтілетін табыс ықтималдығын есептеді. Олар қарастырған эвристикалар:
Кесу ережесі (CR): Алғашқы y үміткердің ешқайсысын қабылдамаңыз; содан кейін, кездескен алғашқы үміткерді таңдаңыз (яғни, салыстырмалы орны 1-ші үміткер). Бұл ереже классикалық хатшы мәселесі үшін оңтайлы стратегияның ерекше жағдайы болып табылады, онда y = r.
Үміткерлерді санау ережесі (CCR): y-ші кездескен үміткерді таңдаңыз. Бұл ереже міндетті түрде үміткерлерді өткізіп жібермейтінін ескеріңіз; ол тек қанша үміткерді көргенін қарастырады, шешім қабылдаушының үміткерлер тізбегінде қаншалықты алға жылжығанын емес. Бірінен соң бірі үміткер емес үміткерлерді (SNCR) байқағаннан кейін кездескен алғашқы үміткерді таңдаңыз (яғни, салыстырмалы орны > 1 үміткерлер). Әр эвристиканың бір параметрі – y. Суретте (оң жақта көрсетілген) n = 80 мәселелері үшін y функциясы ретінде әр эвристиканың күтілетін табыс ықтималдығы көрсетілген.

Басқа да өзгерістер

Хатшы мәселесінің бірнеше түрі бар, олардың да қарапайым және әдемі шешімдері кездеседі.

Бір рет қолданып, екінші ең жақсысын таңдаңыз

Бір нұсқасы ең жақсысын таңдауға деген ұмтылысты екінші ең жақсысын таңдауға деген ұмтылыспен алмастырады. Роберт Дж. Вандербей мұны «докторанттан кейінгі» проблема деп атайды, ең біліктілер Гарвардқа барады деп аргументтейді. Осы мәселе үшін, үлкен саны жұп болатын үміткерлердің табысқа жету ықтималдығы осыған тең. Бұл ықтималдық n шексіздікке жақындағанда 1/4-ке дейін төмендейді, бұл екіншісіне қарағанда ең жақсысын таңдау оңай екенін көрсетеді.

k сынақтарды қолдана отырып, k-нан жоғарыдағыларды таңдаңыз

K сынақты қолдана отырып, n үміткердің ішінен k үздік хатшыларды таңдау мәселесін қарастырайық. Жалпы, оңтайлы шешім қабылдау әдісі үміткерлерді таңдамай, оларды байқаудан басталады, содан кейін бірінші байқалған үміткерлерден жақсырақ кездесетін әрбір үміткерді таңдайды, кандидаттар немесе таңдау саны біткенше. Егер k тұрақты болып, n өскенде, табысқа жету ықтималдығы 1/e-ге жақындайды. Егер k = n/e болса, табысқа жету ықтималдығы 1-ге тең.

Бірнеше рет қайталап, ең жақсысын таңдаңыз

Бұл нұсқада ойыншыға таңдау жасауға рұқсат етіледі және егер кез келген таңдау ең жақсы болса, ол жеңіп шығады. Бұл мәселені шешудің оңтайлы стратегиясы, шегі сандар жиынтығымен анықталатын стратегиялар класына жатады. Атап айтқанда, сізде 1-ден бастап белгіленген қабылдау хаттары бар делік. Сізде осы хаттардың әрқайсысын ұстап тұрған қабылдау қызметкерлері болады. Сіз үміткерлермен сұхбаттасып, оларды барлық қабылдау қызметкерлері көре алатын кестеге тізімдейсіз. Содан кейін, офицерлер қабылдау хаттарын, 1-ден бастап (i-1) үміткерлердің барлығынан жақсы болған алғашқы үміткерге жібереді. (Жіберілмеген қабылдау хаттары автоматты түрде соңғы үміткерлерге беріледі, бұл стандартты хатшы мәселесімен бірдей). шексізке жақындағанда, әрбір , белгілі бір рационалды санға тең болады.

Жеңіс ықтималдығы

Қашан , жеңу ықтималдығы -ге жақындайды. Жалпырақ айтқанда, оң бүтін сандар үшін , жеңу ықтималдығы -ге жақындайды, мұнда -ге дейін есептелген, ал жалпы алгоритм ұсынды. Мысалы, .

Эксперименттік зерттеулер

Эксперименталды психологтар мен экономистер хатшы проблемасы сияқты жағдайларда нақты адамдардың шешім қабылдау әрекеттерін зерттеді. Көп жағдайда, бұл жұмыс адамдардың іздеуді тым ерте тоқтатуға бейім екенін көрсетті. Бұл үміткерлерді бағалаудың құнымен, кем дегенде ішінара түсіндірілуі мүмкін. Шын дүниеде бұл адамдар шешімдердің баламалары тізбектей ұсынылатын мәселелерге тап болғанда жеткілікті ізденбеуі мүмкін екенін көрсетеді. Мысалы, тас жолда қай жанармай құю стансасында тоқтау керектігін шешетін адамдар, тоқтамас бұрын жеткілікті ізденбеуі мүмкін. Егер осылай болса, олар ұзақ ізденгендегіден қымбатқа баға төлейді. Онлайн авиабилеттерді іздеу кезінде де осы жағдай орын алуы мүмкін. Хатшы проблемасы сияқты мәселелер бойынша жүргізілетін эксперименталды зерттеулер кейде мінез-құлықты зерттеу деп аталады.

Нейрокорреляттар

Ақпаратты интеграциялау немесе сенімді бейнелеу саласындағы нейроғылымдардың көптеген зерттеулері бар, жануарлар мен адамдарға қатысты қабылдау шешімдерін қабылдау тапсырмаларында жүргізілген. Алайда, ақпарат жинауды тоқтату шешімі қалай қабылданады туралы салыстырмалы түрде аз мәлімет белгілі. Зерттеушілер функционалдық МРТ қолдану арқылы сау еріктілерде "хатшы мәселесін" шешудің нейрондық негіздерін зерттеді. Іздеуді жалғастыру мен қазіргі нұсқаға тоқталудың құнын сандықпен өлшеу үшін Марков шешім процесі (МШП) пайдаланылды. Нұсқаны қабылдау немесе қабылдамау шешімдеріне париеталды және дорсолатеральды префронталды қабықтар, сондай-ақ вентральді жолақ, алдыңғы инсула және алдыңғы сингулярлық қабықтар қатысты. Демек, бұрын дәлелдерді интеграциялау және сыйақыны бейнелеуге қатысқан ми аймақтары, таңдауға міндеттенуге әкелетін шекті мәндерді кодтайды.

Тарих

Хатшы проблемасын 1949 жылы Мерилл М. Флод енгізген, оны сол жылы берген дәрісінде «құдалық проблемасы» деп атаған. Ол 1950 жылдары бірнеше рет, мысалы, 9 мамыр 1958 жылы Пердьюдегі конференцияда сөйлеген сөзінде айтқан, бірақ сол кезде ештеңе жарияланбағандықтан, аңызға айналды. 1958 жылы ол Леонард Гиллманға хат жіберді, оның көшірмелерін Сэмюэл Карлин мен Дж. Роббинс сияқты оншақты досына жолдады. Хатта оптималды стратегияның дәлелі келтірілген, ал Р. Палермоның қосымшасында барлық стратегиялар «алғашқы p кандидатты міндетті түрде қабылдамау, содан кейін одан жақсы келесі кандидатты қабылдау» стратегиясынан нашар екені дәлелденген. Алғашқы жарияланымды 1960 жылдың ақпан айында Мартин Гарднер Scientific American журналында жасады. Ол бұл туралы Джон Х. Фокс кіші мен Л. Джеральд Марниден естіген, олар 1958 жылы тәуелсіз түрде ұқсас проблеманы ойлап тапқан және оны «гугол ойыны» деп атаған. Фокс пен Марни оңтайлы шешімді білмеген, сондықтан Гарднер Лео Мозерден кеңес сұрады, ол (Дж. Р. Паундермен бірге) журналда жариялау үшін дұрыс талдау жасады. Одан кейін бірнеше математиктер Гарднерге өздері естіген ұқсас проблемалар туралы хат жазды, бұл ақпараттың барлығы Флодтың алғашқы жұмысына қатысты болуы мүмкін. Ең жақсы таңдаудың 1/e заңы Ф. Томас Брюске тиесілі. Фергюсон кең көлемді библиография ұсынады және ұқсас (бірақ өзгеше) проблеманы 1875 жылы Артур Кейли, ал одан да бұрын Иоганн Кеплер қарастырғанын айтады. Кеплер 1611-1613 жылдары бірінші әйелі қайтыс болғаннан кейін үйлену үшін 11 кандидатты 2 жыл бойы зерттеген.

Комбинаторлық жалпылау

Хатшы мәселесі бірнеше түрлі жұмыс орындары бар жағдайда да жалпыланады. Тағы да, үміткерлер кездейсоқ ретпен келіп түседі. Әрбір үміткер келгенде, ол теріс емес сандар жиынтығын көрсетеді. Әрбір сан оның нақты бір жұмыс бойынша біліктілігін анықтайды. Әкімші үміткерді қабылдауды не қабылдамауды ғана емес, сонымен қатар оны бір жұмысқа бекітуді де шешуі керек. Мақсат – біліктіліктердің қосындысы ең жоғары болатын тапсырманы табу. Бұл мәселе, бір жағынан түйіндері кездейсоқ ретпен онлайн келіп түсетін, жиектері салмақталған екі бөлікті графтағы максималды салмақты сәйкестікті табумен бірдей. Осылайша, бұл онлайн екі бөлікті сәйкестіру мәселесінің ерекше жағдайы. Хатшы мәселесі үшін жасалған классикалық алгоритмді жалпылау арқылы, біліктіліктердің күтілетін қосындысы, оптималды (оффлайн) тапсырмадан ғана біршама кем болатын тапсырма табуға болады.