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布雷斯悖论

🔬 自然科学 作者 CampusDown 维基编辑部 最后更新
布雷斯悖论是德国数学家迪特里希·布雷斯在1968年论文中提出的现象:在每位驾驶者都选择对自己最快路线的交通网络中,新增一条道路可能使均衡状态下所有驾驶者的通行时间反而增加。它是个体理性选择导致集体更差结果的经典案例。
目录
  1. 1. 悖论示例
  2. 2. 理论背景:均衡与无政府代价
  3. 3. 现实案例与实验
  4. 4. 常见问题
  5. 5. 参考文献

悖论示例

假设有4000辆车从S前往T,可走S→A→T或S→B→T两条路线。S→A和B→T路段耗时为(车辆数)/100分钟,A→T和S→B路段无论拥堵与否都耗时45分钟。车辆平分时,每条路线耗时20+45=65分钟。现在在A与B之间修一条耗时0分钟的捷径,对每位驾驶者而言S→A→B→T总是更快,于是所有人都改走此路,通行时间增至40+40=80分钟。但这仍是纳什均衡:没有人能单方面改道而获益。布雷斯(1968)以德文发表这一结果,布雷斯、纳古尔尼与瓦科尔宾格(2005)将其译为英文。

理论背景:均衡与无政府代价

沃德罗普(1952)区分了所有被使用路线耗时相等的“用户均衡”与总通行时间最小的“系统最优”。两者不一致,是因为驾驶者不考虑自己给他人造成的拥堵成本;庇古(1920)和奈特(1924)早已在道路拥堵问题中讨论过这种外部性。默奇兰(1970)将该悖论引入交通研究。库楚皮亚斯与帕帕季米特里乌(1999)把均衡成本与最优成本之比定义为“无政府代价”,拉夫加登与塔尔多什(2002)证明在线性延迟函数下其值最多为4/3。拉夫加登(2005)对相关研究作了综合。

现实案例与实验

科恩与霍洛维茨(1991)表明,在由弹簧与绳子、电阻与二极管构成的机械与电路网络中,增加一条连接反而可能加大下垂,出现同样结构的悖论。尹惠珍、加斯特纳与郑夏雄(2008)分析波士顿、纽约和伦敦的路网,发现封闭部分道路可以缩短总通行时间。首尔清溪川高架路拆除后交通混乱程度小于预期,也常被引为例证。拉波波特等(2009)报告,在实验室路线选择实验中参与者确实会收敛到悖论性均衡。杜兰顿与特纳(2011)报告的“道路拥堵基本定律”,即交通量随道路容量同比例增加,也常作为道路扩建局限性的证据一并讨论。

常见问题

如何简单理解布雷斯悖论?
新捷径开通后人人都挤上去,结果可能比修路之前所有人都花更长时间。
现实中会发生吗?
会。路网分析和实验室实验都证实了这一点,机械和电路中也观察到相同结构。不过并非每次新增道路都会引发悖论,这取决于网络结构和交通量。

来源核查日期:2026-10-26

参考文献

  1. Braess, D. (1968). Über ein Paradoxon aus der Verkehrsplanung. Unternehmensforschung, 12(1), 258–268.
  2. Braess, D., Nagurney, A., & Wakolbinger, T. (2005). On a paradox of traffic planning (Translation of Braess 1968). Transportation Science, 39(4), 446–450.
  3. Wardrop, J. G. (1952). Some theoretical aspects of road traffic research. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 1(3), 325–362.
  4. Pigou, A. C. (1920). The Economics of Welfare. London: Macmillan.
  5. Knight, F. H. (1924). Some fallacies in the interpretation of social cost. Quarterly Journal of Economics, 38(4), 582–606.
  6. Murchland, J. D. (1970). Braess's paradox of traffic flow. Transportation Research, 4(4), 391–394.
  7. Cohen, J. E., & Horowitz, P. (1991). Paradoxical behaviour of mechanical and electrical networks. Nature, 352(6337), 699–701.
  8. Roughgarden, T., & Tardos, É. (2002). How bad is selfish routing? Journal of the ACM, 49(2), 236–259.
  9. Roughgarden, T. (2005). Selfish Routing and the Price of Anarchy. Cambridge, MA: MIT Press.
  10. Koutsoupias, E., & Papadimitriou, C. (1999). Worst-case equilibria. In Proceedings of the 16th Annual Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science (pp. 404–413). Berlin: Springer.
  11. Youn, H., Gastner, M. T., & Jeong, H. (2008). Price of anarchy in transportation networks: Efficiency and optimality control. Physical Review Letters, 101(12), 128701.
  12. Duranton, G., & Turner, M. A. (2011). The fundamental law of road congestion: Evidence from US cities. American Economic Review, 101(6), 2616–2652.
  13. Rapoport, A., Kugler, T., Dugar, S., & Gisches, E. J. (2009). Choice of routes in congested traffic networks: Experimental tests of the Braess Paradox. Games and Economic Behavior, 65(2), 538–571.

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本文最后更新于2026年10月27日。内容依据公认的原著和教科书整理;在报告中引用时,请务必核对下方参考文献中的原始出处。