合作行為的演化和合作系統(tǒng)的穩(wěn)定性維持機(jī)制一直是社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和生物學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)研究問題.合作系統(tǒng)中互利合作物種或個(gè)體之間既存在利益互惠又存在由于各自利益不同而產(chǎn)生的競爭或沖突,這種競爭或沖突可能導(dǎo)致系統(tǒng)的解體,是什么因素抑制了競爭或沖突使得合作系統(tǒng)能夠維持呢?經(jīng)典理論如“親緣選擇”和“互惠選擇”等認(rèn)為合作雙方的空間異質(zhì)性(生態(tài)位分化)或自我抑制行為將維持合作關(guān)系的穩(wěn)定性,然而近年的深入研究發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)維持機(jī)制是不可信的.事實(shí)上,它們無法解釋合作系統(tǒng)中普遍存在的投機(jī)性行為. 注意到經(jīng)典合作理論都是基于對(duì)稱性模型發(fā)展而來,其假設(shè)合作雙方具有對(duì)稱性的相互作用.然而,越來越多的實(shí)證研究表明參與者的非對(duì)稱性關(guān)系是合作系統(tǒng)的一個(gè)本質(zhì)特征.本文在經(jīng)典合作演化博弈模型的基礎(chǔ)上,引入非對(duì)稱相互關(guān)系參數(shù),建立了非對(duì)稱合作系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合理論分析與數(shù)值模擬,探討了非對(duì)稱性對(duì)博弈雙方策略選擇、合作行為演化、合作系統(tǒng)穩(wěn)定性維持的影響,從非對(duì)稱性的角度揭示了合作行為的演化動(dòng)力及合作系統(tǒng)的維持機(jī)制. 首先,考慮了由非對(duì)稱關(guān)系引發(fā)的“被動(dòng)選擇機(jī)制(獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制)”,針對(duì)現(xiàn)實(shí)合作系統(tǒng)中個(gè)體不具備識(shí)別能力的情形,提出了“集體懲罰＼獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制”,應(yīng)用演化博弈理論建立了“具有集體懲罰＼獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制”多人雪堆博弈,通過模型分析發(fā)現(xiàn)“集體懲罰＼獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制”能有效維持不具備識(shí)別能力合作系統(tǒng)的穩(wěn)定性,進(jìn)一步,數(shù)值模擬顯示“集體懲罰機(jī)制”在促進(jìn)合作水平方面比“集體獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制”顯得更為有效.這些結(jié)果不但揭示了被動(dòng)選擇機(jī)制可能是合作系統(tǒng)演化及維持穩(wěn)定的關(guān)鍵動(dòng)力之一,而且解釋了為什么在幾乎所有著名的合作系統(tǒng)中都觀測到了強(qiáng)勢方采取獎(jiǎng)懲措施維持系統(tǒng)穩(wěn)定的現(xiàn)象：通過對(duì)建立的“具種內(nèi)及種間相互作用多人雪堆博弈”模型分析,發(fā)現(xiàn)“種內(nèi)相互作用”的引入導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)穩(wěn)態(tài),可以有效維持合作系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并且合作雙方參與者數(shù)量的非對(duì)稱性對(duì)合作均衡有顯著影響.該結(jié)果為榕樹一榕小蜂合作系統(tǒng)中小蜂間的干擾性競爭可以避免小蜂對(duì)公共資源的過渡浪費(fèi)從而避免了合作系統(tǒng)解體的實(shí)驗(yàn)觀測提供了相應(yīng)的理論依據(jù). 其次,基于合作雙方相互作用的非對(duì)稱性,結(jié)合真實(shí)生物現(xiàn)象,我們探究了策略非對(duì)稱對(duì)合作系統(tǒng)中合作行為演化的影響.相較與傳統(tǒng)博弈,我們假設(shè)博弈雙方具有非對(duì)稱的策略集,建立了“具有非對(duì)稱策略的二人演化博弈”模型,通過模型分析及數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)策略非對(duì)稱可以有效緩解合作系統(tǒng)中“合作困境”的發(fā)生,即策略非對(duì)稱可以導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)合作均衡,并且在一定條件下會(huì)達(dá)成雙方都合作的協(xié)議,該結(jié)果間接地驗(yàn)證了非對(duì)稱性是合作演化關(guān)鍵動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)性結(jié)論；進(jìn)一步,在該模型的基礎(chǔ)上我們建立了具有環(huán)境選擇壓力的非對(duì)稱空間演化博弈模型,利用計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)環(huán)境選擇壓力越大博弈雙方越易達(dá)成合作,且在環(huán)境選擇壓力適中時(shí),合作系統(tǒng)中個(gè)體策略的空間演化具有混沌特性.該結(jié)果為合作系統(tǒng)中多種類型個(gè)體共存的現(xiàn)象提供了解釋. 最后,我們研究了有關(guān)合作演化的另一個(gè)重要問題：合作系統(tǒng)中參與者的利益分配問題.首先,我們建立了具有非對(duì)稱參數(shù)(如支付、演化速率及參與者數(shù)量的非對(duì)稱)及集體獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制的多人雪堆博弈模型.結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬,給出了一種計(jì)算合作利益分配的方法,并借此方法將生物學(xué)中經(jīng)典的“紅皇后效應(yīng)”和“紅國王效應(yīng)”整合到一個(gè)模型中,研究發(fā)現(xiàn)非對(duì)稱性因素(支付、演化速率及參與者數(shù)量)及獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制均可導(dǎo)致“紅皇后效應(yīng)”與“紅國王效應(yīng)”發(fā)生相互轉(zhuǎn)換,該結(jié)果為互利合作系統(tǒng)中物種間呈現(xiàn)出不同效應(yīng)(“紅皇后效應(yīng)”或“紅國王效應(yīng)”)的現(xiàn)象提供了解釋. 本文的研究結(jié)果能夠?yàn)楹献麝P(guān)系的起源及演化動(dòng)力提供有益的啟示,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的維持與管理均具有一定的理論與實(shí)踐意義,并可能為諸如流行病防治與預(yù)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中植物與傳粉、固氮等直接關(guān)乎人類社會(huì)本身的持續(xù)發(fā)展等實(shí)踐學(xué)科提供理論指導(dǎo)與啟示.
【學(xué)位單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：O225;C912.6
【部分圖文】：

雪堆博棄的示意圖[160]

兩物種間相瓦作用的示意圖.圖中黑色人頭表示物種1中的個(gè)體，紅色人頭種2中的個(gè)體.對(duì)于物種1而言，隨機(jī)選一個(gè)個(gè)體與物種2中的所有個(gè)體相互色實(shí)線)；對(duì)于物種2而言，隨機(jī)選一個(gè)個(gè)體與物種1中的所有個(gè)體相互作實(shí)線).不考慮種內(nèi)個(gè)體的相互作用.

兩物種間相瓦作用的示意圖.圖中黑色人頭表示物種1中的個(gè)體，紅色人頭種2中的個(gè)體.對(duì)于物種1而言，隨機(jī)選一個(gè)個(gè)體與物種2中的所有個(gè)體相互色實(shí)線)；對(duì)于物種2而言，隨機(jī)選一個(gè)個(gè)體與物種1中的所有個(gè)體相互作實(shí)線).不考慮種內(nèi)個(gè)體的相互作用.

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本文編號(hào)：2811216