本文選題：演化動(dòng)力學(xué) + 博弈論��； 參考：《杭州電子科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：正如M.A.Nowak在《演化動(dòng)力學(xué)-探索生命方程的美》中所述,合作是除自然選擇和基因突變之外的第三大生物演化動(dòng)力。但是與后兩者不同,合作不是從生命誕生之初就與之共存的內(nèi)蘊(yùn)機(jī)理,而是伴隨生物的多樣化、組織化而形成的自然選擇結(jié)果。合作在自然界中已經(jīng)廣泛存在了很長(zhǎng)時(shí)間,但這與傳統(tǒng)生物學(xué)觀點(diǎn)中個(gè)體受限于時(shí)間、空間和自身能力而往往傾向于做出保障自身利益的自私行為的觀點(diǎn)相矛盾。因此,在由自私個(gè)體組成的種群之中合作是如何產(chǎn)生的就成為了困擾生物學(xué)、社會(huì)學(xué)等諸多領(lǐng)域的一道難題。而演化博弈論正是使用博弈論與數(shù)學(xué)模型來(lái)研究合作形成問(wèn)題的重要理論工具。該理論經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,已經(jīng)衍生出了親緣選擇、直接互惠、間接互惠、群體選擇和網(wǎng)絡(luò)互惠等多種可以模擬合作行為涌現(xiàn)過(guò)程并解釋合作產(chǎn)生原因的機(jī)制。近年來(lái),網(wǎng)絡(luò)互惠的研究取得了長(zhǎng)足發(fā)展,諸如晶格網(wǎng)絡(luò)、無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)等空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證實(shí)能夠促進(jìn)合作的形成與演化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),模擬自然界生物遷徙等現(xiàn)象的遷移機(jī)制在某些條件下可以加速合作的形成并提高種群合作水平。目前,遷移機(jī)制研究的主要問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)遷移策略來(lái)提高種群的合作水平。晶格網(wǎng)絡(luò)模型下已經(jīng)提出了隨機(jī)、趨利和自適性三種遷移策略。但是,每種遷移策略都存在缺陷,例如隨機(jī)遷移策略的無(wú)條件遷移使得種群結(jié)構(gòu)退化為近似無(wú)結(jié)構(gòu)狀態(tài),自適應(yīng)遷移只適用于個(gè)體獲取的信息有限的場(chǎng)景,趨利遷移只考慮自身收益并使得背叛者在遷移過(guò)程中包圍合作者,最終導(dǎo)致種群即使在完全有利于合作的條件下也不能實(shí)現(xiàn)純合作。并且現(xiàn)有研究都將用于標(biāo)準(zhǔn)晶格博弈的更新規(guī)則套用在含遷移機(jī)制的模型中,導(dǎo)致無(wú)法對(duì)遷移機(jī)制的空間特性進(jìn)行有效描述。此外,針對(duì)不同遷移策略的研究所使用的模型也存在差異,缺乏統(tǒng)一模型用于策略間的橫向比較。本文針對(duì)以上問(wèn)題,首先提出了一種新的更新規(guī)則,該規(guī)則將策略更新個(gè)體移動(dòng)至被模仿者的相鄰位置,從而模擬現(xiàn)實(shí)世界中的策略學(xué)習(xí)或繁殖行為。然后基于經(jīng)典的囚徒博弈晶格網(wǎng)絡(luò)模型,針對(duì)現(xiàn)有策略的缺點(diǎn)提出了避害遷移、憎惡遷移和全局遷移三種策略。最后對(duì)比了不同遷移策略在種群密度改變、引入策略突變等場(chǎng)景下對(duì)合作演化過(guò)程與結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,各種策略在解決現(xiàn)有問(wèn)題的基礎(chǔ)上,不同程度的提高了合作演化水平且加速了合作演化過(guò)程,其中避害策略在大多數(shù)情況下對(duì)合作演化的促進(jìn)作用最強(qiáng)。最后針對(duì)趨利策略演化過(guò)程中促使合作者抱團(tuán)的同時(shí)驅(qū)使背叛者包圍合作者的問(wèn)題,提出了一種基于自身收益和公平性?xún)煞N因素進(jìn)行行為決策的慮他遷移策略。通過(guò)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)中合作者比例變化趨勢(shì)和種群分布快照的分析發(fā)現(xiàn),該策略通過(guò)使個(gè)體移動(dòng)到同類(lèi)策略比例更大的位置避免了上述問(wèn)題的發(fā)生,這使得在特定條件下種群合作演化能夠達(dá)到純合作的理想狀況。并且該策略能夠適應(yīng)種群密度、初始化參數(shù)、策略突變率和收益矩陣等因素的變化。這說(shuō)明該策略不僅解決了趨利策略中合作者被背叛者包圍的問(wèn)題,而且能夠全面提高合作個(gè)體的適應(yīng)能力。
[Abstract]:As M . A . Nowak ' s evolution dynamics - exploring life equation , the cooperation is the third big biological evolution power except natural selection and gene mutation .

【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O225

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本文編號(hào)：1740350