第二讲:College Admission 择校问题(上)

​讲完婚姻市场之后,我们接下来讲Matching Theory的另一个重要应用,就是College Admission,择校问题。

择校问题的市场上还是有两边,一边是学生,一边是学校,不同于婚姻市场,学生仍然只能选择一所学校,学校却可以选择多于一个学生,这是一个一对多双边市场。

实际上,像择校问题这样一对多的市场,是比婚姻市场这样一对一的市场更加普遍的一种情况,可以认为后者就是前者的一个特例;Gale和Shapley第一篇关于DA算法的论文讨论的两个例子,就是择校问题和婚姻市场。

一、一对多双边市场
实际上,只需将在一对一双边市场上的延迟接受算法稍作修改,就能够得到一对多双边市场上的延迟接受算法,这些修改大致包括如下几项:

(1)在婚姻市场上,男生对于所有女生进行排序,女生对于所有男生进行排序,这是非常直观的;在学校招生时,学生只能去一所学校,所以学生对于学校的排序也是很容易理解的;但是,学校对于学生的排序就有两种不同的情况:一种是,学生与学生之间是相互独立的,学校对于单个的学生建立偏好(也称为responsive或者separable preference);另一种是,学生与学生之间是有关联的,学校招生的时候对于学生的组合建立偏好。(严格地说,前者是后者的一种特例,对于responsive preference,同样可以把这个偏好写成学生的组合上的偏好)

举例来说,如果一共有3个学生1,2,3,那么前一种情况就是,学校觉得1比2好,2比3好,或是3比2好,2比1好,这是建立在“单个的学生”上的偏好;另一种情况是,学校觉得同时招1和2最好,其次是1和2和3,再次是2和3,再次是1和2,等等,这是建立在“学生的组合”上的偏好。后一种情况在什么时候会发生呢?举个例子,T大每年都要参加帝都高校长绳比赛,长绳需要12名队员,选拔长绳队员的时候,并不是从各个院队里一个一个选拔出来(“单个的学生”的偏好),而是选拔了最好的一个院队(“学生的组合”的偏好),因为这些学生已经经过长期的磨合和练习,把他们组合在一起将会有协同效应,换上别的院跳得好的同学,反而有可能拖后腿。

后一种情况,正如上一讲所说的,存在反例说明可能并不存在稳定匹配。然而,对于前一种情况,稳定匹配总是存在的,原因在下面进一步阐述。

(2)引入配额(quota)的概念,即学校的招生名额,这是很自然的,一个学校能够招收的学生数量总是有限的。

(3)由于配额的存在,对于稳定匹配的要求也发生了变化:
IR: 学生不会选择unacceptable的学校,学校不会选择unacceptable的学生;
Pairwise Stability: 不存在如下情况:
(i) 学校S有空位,且学生s对于学校S是acceptable的,且对于学生s来说,学校S比目前的情况(没有学上或是被另一学校S’录取)更好;
(ii) 学校S没有空位,但在录取的学生中有一名学生s’,对于学校S来说,学生s比学生s’更好,且对于学生s来说,学校S比目前的情况更好。

回到上面这个问题,为什么当学校对于学生的偏好是建立在“单个的学生”上时稳定匹配总是存在的呢?在一对一双边市场上,稳定匹配的存在性是由DA算法构造出来的,因为构造出来的这个匹配是稳定的,所以稳定匹配存在。而对于一对多双边市场,我们不需要再按照证明一对一双边市场上那样完全走一遍,实际上,当学校的偏好建立在“单个的学生”上时,我们完全可以这样做:

学校A有三个名额,那么我就把学校A拆成学校A1、A2、A3,分别只有一个名额,它们对于学生的偏好和学校A是一样的,而学生认为学校A1、A2和A3是一样好的;对其它学校也是一样处理。DA算法并不要求偏好是严格(strict)的(这个要求对于稳定匹配的存在性或者说DA算法并没有影响,只影响了最后的稳定匹配是否构成Lattice),这样一拆,相当于构造了一个一对一双边市场,新市场上的稳定匹配存在(由DA算法给出),则原市场上的稳定匹配只需要将A1、A2、A3重新合并回学校A即可。

二、单边市场

实际上,对于学校招生,还有另外一种模型,即单边市场模型。在单边市场中其实还是存在两边,但是一边是人,另一边是物品(object),由于我们只关注人的行为,而被分配的物品是没有“行为”的,所以称为“单边”。

最基本的单边市场是房屋市场,每个人对于房屋都有自己的偏好,房屋自己不会挑人,随便谁住都可以;但是,当我们考虑学校招生这样一个单边市场模型时,学校对于学生肯定不是随便挑的,每个学校也会有自己的“偏好”,但是这个“偏好”不是通常意义上的preference,而被称为priority,两者在形式上是一致的,但是内涵大不相同。

不同于人的偏好是自己决定的,学校的priority是受到限制的,一般来说,首先由政府制定一系列的规则,然后根据这套规则,每个学校就自动产生一套priority。举个栗子,政府规定,学校优先招纳距离学校近的学生,在距离差不多的情况下,招纳学分绩更高的学生,在学分绩也相同的情况下,优先招纳女生,这样一来政府完全可以不需要学校参与决定priority,在这个priority中也完全没有体现出学校自己的意愿,相应地,当我们考虑此时市场的效率(efficiency)时,我们就不需要将priority考虑进来,而只考虑学生这边是否进入自己心仪的学校。

由于priority取代了学校的preference,对于稳定匹配的第二条要求就有了一个新的名词,叫作respecting priority,基本上等价于双边市场中的pairwise stability。

三、波士顿机制(BostonMechanism)

在DA算法之前,有一个模型在美国学校招生中非常流行,这个模型称为波士顿机制(Boston Mechanism),因为其最先在波士顿试水并推广而得名。如果没有猜错的话,纽约在2003年之前使用的就是BM或者BM的变种,因为相关报道中有两句话非常符合BM的实际情况:

“所以有些目标高远、填报了多家热门学校的学生,一旦被写在第一栏的学校拒收,就会在选校表中一落千丈。”
(这是BM机制中常有的,参见下面的例子中的学生6)

“家长们担心如果选错了,他们的孩子会‘浪费’至关重要的首选位置。”
(这句话虽然写在新机制DA运作之后,但表达的是BM的流毒,即浪费首选位置的想法,同样参见下面的例子中的学生6)

首先来简要介绍一下什么是BM,从流程上来说,它类似于由学生主动向学校“求婚”的DA算法,但差了这么一句话:

在BM中,如果学生s被学校S录取,那么之后不会被替换掉;而在DA算法中,如果后面出现更好的学生,学校S会踢掉学生s。

简单地说,DA对于BM最重要也是最神奇的改进只在于:允许“见异思迁”。

咱们先中途下课,下次课的时候,我们将继续介绍波士顿机制的性质,以及它和我们的老朋友延迟接受算法之间的种种爱恨(划掉)纠葛。


(2015.05.29 @ 微信公众号 @ 《第二讲:College Admission 择校问题(上)》)


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