게임이론(Game Theory)의 정의, 배경, 그리고 설명

게임이론은 경제학에서 중요한 도구로, 시장 메커니즘, 계약 이론, 경쟁 전략 등과 같은 다양한 경제 현상을 분석하는 데 사용됩니다. 경제학자들은 게임이론을 활용하여 개인이나 기업이 상호작용하는 다양한 경제적 상황을 모델링하고, 이들의 결정이 경제 시스템에 어떠한 영향을 미치는지 연구합니다. 이 이론은 특히 완전 경쟁 시장 이외의 비경쟁적 시장, 예를 들어 독점, 과점, 불완전 경쟁 시장에서의 기업 행동을 이해하는 데 효과적입니다.

 

경제학에서의 게임이론 활용은 두 가지 주요 분야로 나눌 수 있습니다. 첫째는 협상과 계약 설계입니다. 게임이론은 기업 간 협상, 노동 계약, 보험 계약 등과 같은 경제적 계약을 설계하고, 이들 계약이 어떻게 최적의 결과를 낼 수 있는지를 분석합니다. 예를 들어, 다양한 플레이어 간의 전략적 상호작용을 통해 도출되는 균형이 협상 결과에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 설명할 수 있습니다.

 

둘째는 시장 실패와 정부 정책입니다. 경제학에서는 시장 실패가 발생하는 상황을 게임이론으로 분석하여, 개인이나 기업의 이기적 행동이 사회 전체의 효율성을 저하시키는 방식을 연구합니다. 예를 들어, 공공재의 제공이나 외부성 문제는 게임이론을 통해 효과적으로 모델링할 수 있습니다. 이를 통해 정부의 개입이 경제에 어떻게 긍정적 혹은 부정적 영향을 미칠 수 있는지를 이해할 수 있습니다.

 

이러한 분석을 통해 게임이론은 경제학자들에게 시장과 기업의 동태적인 상호작용을 이해하고 예측하는 강력한 도구를 제공합니다. 그 결과, 게임이론은 경제 정책 결정, 기업 전략 개발, 그리고 금융 시장의 행동 분석 등 경제학의 여러 분야에서 광범위하게 응용되고 있습니다. 게임이론의 이해는 경제학자 뿐만 아니라 정책 입안자, 경영진, 심지어 일반 대중에게도 시장과 경제 시스템의 복잡한 상호작용을 통찰하는 데 중요한 역할을 합니다.

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1. 정의

게임 이론은 전략적 상호작용을 분석하기 위한 수학적 모델을 연구하는 분야입니다. 다양한 사회과학 분야뿐만 아니라 경제학, 논리학, 시스템 과학, 컴퓨터 과학 등에서 널리 사용되고 있습니다. 이 이론은 처음에는 두 사람 사이의 제로섬 게임, 즉 한 참가자의 이익이 다른 참가자의 손실과 정확히 일치하는 게임을 다루었습니다. 그러나 1950년대부터는 비제로섬 게임, 즉 이익과 손실이 반드시 일치하지 않는 게임을 연구하면서 더 넓은 범위의 행동 관계에 적용되기 시작했습니다. 이로써 게임 이론은 인간, 동물, 컴퓨터의 합리적인 의사결정을 다루는 과학의 한 분야로 자리 잡았습니다.

게임 이론의 현대적 접근은 존 폰 노이만이 제로섬 게임에서 혼합 전략 균형 개념을 도입하고 그 증명을 제시하면서 시작되었습니다. 폰 노이만의 연구는 브라우어 고정점 정리를 사용하여 수학적으로 설명되었고, 그 후 게임 이론과 수학 경제학에서 중요한 방법론이 되었습니다. 그와 오스카 모르겐슈턴은 함께 '게임이론과 경제행위'라는 책을 출간해 협력 게임을 다루고, 불확실성 아래 의사결정을 수학적으로 분석할 수 있는 기대효용 이론을 제시했습니다.

이후 게임이론은 1950년대를 거치며 계속 발전했고, 1970년대에는 진화론적 관점에서도 적용되기 시작했습니다. 이 분야의 연구는 존 메이너드 스미스 등에 의해 발전했으며, 그는 진화 게임 이론을 통한 연구로 클래포드상을 수상하기도 했습니다. 또 2020년까지 총 15명의 게임이론 연구자가 노벨 경제학상을 수상했으며, 폴 밀그란과 로버트 B. 윌슨은 가장 최근 수상자입니다.

게임이론은 이제 경제학은 물론 다양한 분야에서 중요한 분석도구로 인정받고 있으며, 복잡한 전략적 상호작용을 이해하고 예측하는데 큰 역할을 하고 있습니다.

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2. 역사

게임 이론의 발전은 다양한 시대와 학자의 공헌에 의해 이루어졌습니다. 초기 연구에서 현대의 응용에 이르기까지 게임 이론은 다양한 학문적 진보를 이끌어 왔습니다.

초기 연구

1713년 : 찰스 월드그레이브가 "leher"라는 카드 게임에 대해 미니맥스 혼합 전략 해법을 제시한 편지를 작성했고, 이는 나중에 월드그레이브 문제로 알려졌다.
1838년 : 앙투안 오귀스탱 쿠르노트가 올리고폴리 시장 경쟁의 모델을 제시하고 게임의 내쉬 균형에 해당하는 해결책을 최초로 제시.
1913년 : 에른스트 체르멜로가 체스 게임에 집합론을 적용해 최적의 체스 전략이 엄밀히 결정된다는 것을 증명.

기초 작업과 중요 이론

1928년 : 존 폰 노이만(ジョン···ノイマンが」)이 '전략 게임 이론'을 발표해, 게임 이론을 독립된 분야로 확립.
1944년 : 폰 노이만과 오스카 모르겐슈톤이 공저한 '게임이론과 경제행위'에서 2인 제로섬 게임의 상호 일관된 해결책 제시.
1950년 : 존 내쉬가 모든 유한 n 인자, 비제로섬, 비협조 게임에 내쉬 균형이 존재한다는 것을 증명.

주요 상 수상자

1994년 : 내쉬, 셀텐, 하르사니가 경제 게임 이론에 대한 공헌으로 노벨 경제학상 수상.
2005년 : 토마스 셸링과 로버트 오만이 다이내믹 모델과 균형 이론에 공헌하여 노벨 경제학상 수상.
2007년 : 레오니드 후르비치, 에릭 머스킨, 로저 마이어슨이 메커니즘 설계 이론의 기초를 세운 공로로 노벨상 수상.
2012년 : 앨빈·E·로스와 로이드·S·샤플리가 시장 설계 이론과 실천에의 공헌으로 노벨상 수상.
2014년 : 게임 이론가 장 티롤이 노벨 경제학상 수상.

 

이처럼 게임이론은 경제학, 정치학, 생물학 등 다양한 분야에 광범위하게 적용되어 이론적 발전과 실용적 적용 모두에서 중요한 진보를 이루어 왔습니다.

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3. 게임이론이 포함하는 다양한 게임의 형태 제시

게임 이론은 플레이어가 어떻게 전략적으로 상호작용하는지를 연구하는 수학적 분야입니다. 이 이론에는 다양한 형태의 게임이 포함되며, 각각의 게임 유형은 플레이어의 결정, 전략, 그리고 게임 결과에 따라 다른 특성을 가집니다. 아래에서는 게임 이론의 주요 형태를 간단히 정리했습니다.

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협력적 게임 vs 비협력적 게임

협력적 게임 : 플레이어가 법적 계약과 같은 외부적 강제 수단을 통해 구속력 있는 약속을 형성할 수 있는 게임입니다. 이 게임 이론은 연합 형성, 그룹 행동, 집단 페이오프를 예측하는 데 중점을 두고 있습니다.
비협조적 게임 : 동맹 형성이 불가능하거나 모든 합의가 자율적으로 집행되어야 하는 게임입니다. 이 이론은 개별 플레이어의 행동과 보상을 분석하여 내쉬 균형을 예측하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

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대칭 게임 vs 비대칭 게임

대칭 게임 : 모든 플레이어가 같은 선택을 했을 때 같은 결과를 받는 게임입니다. 이것은 플레이어의 신원이 게임 결과에 영향을 주지 않는다는 것을 의미합니다.
비대칭 게임 : 플레이어마다 전략 세트가 다른 게임입니다. 같은 전략을 사용할 수 있어도 게임 구조가 비대칭일 수 있습니다.

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제로섬게임 vs 비제로섬게임

제로섬 게임 : 플레이어의 선택이 리소스 전체의 총량을 변화시키지 않는 게임입니다. 한 플레이어의 이익은 다른 플레이어의 손실과 정확히 일치합니다.
비제로섬 게임 : 게임의 결과가 전체적으로 0 이상이 되는 게임입니다. 한 플레이어의 이익이 반드시 다른 플레이어의 손실을 의미하는 것은 아닙니다.

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동시 게임 vs 순차 게임

동시 게임 : 모든 플레이어가 동시에 움직이는 게임입니다. 이것은 플레이어가 서로의 행동을 모르는 상태에서 결정을 내립니다.
순차 게임 : 플레이어가 순서대로 움직이며 앞서 결정한 플레이어의 선택이 다음 플레이어의 결정에 영향을 미치는 게임입니다.

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완전 정보 게임 vs 불완전 정보 게임

완전 정보 게임 : 모든 플레이어가 게임의 모든 움직임과 이전의 모든 행동을 알고 있는 게임입니다.
불완전 정보 게임 : 플레이어가 상대방의 모든 움직임을 모르는 게임입니다.

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베이지안 게임

베이지안 게임은 플레이어가 상대방의 특성을 완전히 이해하지 못하는 상황에서 전략적 결정을 내리는 불완전한 정보 게임입니다.

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진화 게임 이론

진화 게임 이론은 플레이어가 시간에 따라 전략을 조정하며, 이러한 조정이 반드시 합리적이거나 멀리 내다보는 것은 아닐 수 있습니다. 이것은 생물학적 진화 또는 사회과학에서의 전략적 조정을 모델링할 때 사용됩니다.

 

게임이론은 경제학, 생물학, 컴퓨터 과학 등 다양한 분야에서 중요한 도구로 활용되며, 플레이어의 전략적 상호작용과 의사결정 과정을 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.

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4. 게임이론 적용사례

게임 이론은 복잡한 인간과 동물의 행동을 연구하는 데 사용되는 수학적 도구입니다. 경제학에서 시작된 이 이론은 기업, 시장, 소비자의 행동을 포함하여 다양한 경제 현상을 이해하는 데 기여했습니다. 게임 이론의 최초 사용은 1838년 앙투안 오귀스탱 쿠르노트가 이중 독점 문제를 해결하는 데 적용했고, 이후 사회과학 전반에 걸쳐 확장돼 정치, 사회학, 심리학 분야에서도 적용됐습니다.

게임 이론은 단순히 행동을 설명하고 예측하는 것뿐만 아니라 윤리적 또는 규범적 행동 이론을 개발하고 그러한 행동을 권장하는 데에도 사용됩니다. 이것은 경제학과 철학뿐만 아니라 언어 철학과 과학 철학에서도 활용됩니다. 또한 플라톤과 같은 고대 철학자의 작업에서도 게임 이론적 논증을 찾을 수 있습니다.

생물학 분야에서는 1930년대 로널드 피셔의 동물 행동 연구를 시작으로 게임 이론이 사용되었습니다. 이는 존 메이너드 스미스가 1982년 출간한 '진화와 게임 이론'을 통해 크게 발전했습니다. 이러한 연구는 생물학적 선택뿐만 아니라 문화적 진화와 개인 학습 모델까지 포함하는 진화 게임 이론을 통해 확장되었습니다.

게임 이론은 정부 부문, 비즈니스, 프로젝트 관리 등 다양한 분야에서 전략적 상호작용과 의사결정 프로세스를 모델링하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 게임 이론은 기업 간의 경쟁, 가격 전략 결정, 전략적 제휴 형성 등을 분석하는 데 도움이 됩니다. 또한 정치과학에서는 민주적 평화 유지, 정치적 협상 및 갈등 해결에 게임 이론이 적용되며, 이는 국가 간 실제 정책 결정 과정에 영향을 미치는 방식을 설명하는 데 사용됩니다.

게임이론의 다양한 적용은 이론적 탐구뿐만 아니라 실제 결정을 내리는 데에도 중요한 지침을 제공하여 합리적인 선택과 전략 설정에 큰 도움이 됩니다. 이를 통해 전략적 사고와 의사결정 능력을 향상시킬 수 있습니다.

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5. 마무리

게임이론은 단순히 수학적 모델에 국한되지 않고 경제학, 정치학, 생물학, 심리학 등 다양한 학문 분야에서 인간과 동물의 복잡한 행동 패턴을 이해하고 예측하는 강력한 도구로 자리 잡았습니다. 이 이론은 처음에는 경제적 상황을 모델링하는 데 사용되었지만 점차 사회적 상호작용과 전략적 의사결정 과정에 대한 근본적인 통찰을 제공하는 방법으로 발전했습니다.

게임 이론의 유용성은 그것이 제공하는 광범위한 적용 가능성에 있습니다. 비즈니스 결정, 국제 외교, 환경 정책 설정부터 일상 생활 속 다양한 의사 결정 상황까지 게임 이론은 복잡한 문제를 분석하고 더 나은 결정을 내릴 수 있는 기반을 마련해 줍니다. 또한 게임 이론은 우리가 상대방의 행동을 예측하고 최적의 대응 전략을 수립하는 데 도움이 되며 때로는 윤리적이고 규범적인 행동 지침을 제시하기도 합니다.

진화 게임 이론처럼 더욱 발전한 형태의 게임 이론은 플레이어의 합리성에 대한 기존 가정을 넘어 개인과 집단이 시간에 따라 어떻게 전략을 조정하는지 설명합니다. 이는 생물학적 진화뿐만 아니라 문화적 진화와 사회적 상호작용에서도 중요한 역할을 합니다.

결론적으로 게임 이론은 복잡한 세계를 통찰하는 창으로서 그 가치를 증명하고 있습니다. 이 이론을 통해 우리는 인간 행동의 예측 불가능성 속에서도 패턴을 발견하고 보다 합리적이고 효과적인 결정을 내릴 수 있는 길을 찾을 수 있습니다. 따라서 게임이론은 단순한 학문적 연구를 넘어 실제 세계에서의 의사결정 과정에 깊은 영향을 미치는 중요한 도구로 자리잡고 있습니다.