本文選題：演化動力學(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)蘊機理,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)廣泛存在了很長時間,但這與傳統(tǒng)生物學(xué)觀點中個體受限于時間、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相矛盾。因此,在由自私個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)模型來研究合作形成問題的重要理論工具。該理論經(jīng)過數(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)過程并解釋合作產(chǎn)生原因的機制。近年來,網(wǎng)絡(luò)互惠的研究取得了長足發(fā)展,諸如晶格網(wǎng)絡(luò)、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)等空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證實能夠促進合作的形成與演化。進一步研究發(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,遷移機制研究的主要問題是如何設(shè)計遷移策略來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、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,例如隨機遷移策略的無條件遷移使得種群結(jié)構(gòu)退化為近似無結(jié)構(gòu)狀態(tài),自適應(yīng)遷移只適用于個體獲取的信息有限的場景,趨利遷移只考慮自身收益并使得背叛者在遷移過程中包圍合作者,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)則套用在含遷移機制的模型中,導(dǎo)致無法對遷移機制的空間特性進行有效描述。此外,針對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。本文針對以上問題,首先提出了一種新的更新規(guī)則,該規(guī)則將策略更新個體移動至被模仿者的相鄰位置,從而模擬現(xiàn)實世界中的策略學(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,針對現(xiàn)有策略的缺點提出了避害遷移、憎惡遷移和全局遷移三種策略。最后對比了不同遷移策略在種群密度改變、引入策略突變等場景下對合作演化過程與結(jié)果的影響。實驗結(jié)果表明,各種策略在解決現(xiàn)有問題的基礎(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程,其中避害策略在大多數(shù)情況下對合作演化的促進作用最強。最后針對趨利策略演化過程中促使合作者抱團的同時驅(qū)使背叛者包圍合作者的問題,提出了一種基于自身收益和公平性兩種因素進行行為決策的慮他遷移策略。通過對模擬實驗中合作者比例變化趨勢和種群分布快照的分析發(fā)現(xiàn),該策略通過使個體移動到同類策略比例更大的位置避免了上述問題的發(fā)生,這使得在特定條件下種群合作演化能夠達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題,而且能夠全面提高合作個體的適應(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O225

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本文編號：1740350