演化博弈理论：合作涌现与自组织-MicrosoftPo

1演化博弈理论：合作涌现与自组织中国科学技术大学ArizonaStateUniversity姜罗罗2提纲•1、研究背景•2、生态体系中的石头-剪刀-布博弈•3、社会人群中的囚徒困境博弈和铲雪堆博弈31、研究背景•经典博弈：Nash均衡(Nashequilibrium)超理性、静态博弈；•演化博弈：进化稳定策略(Evolutionarystablestrategy)理性、重复博弈；策略学习动力学。4E.Pennisi,Ontheoriginofcooperation,Science,325,1196(2009)(1)人类社会中的合作现象5T.Clutton-Brock,Cooperationbetweennon-kininanimalsocieties,Nature,462,51(2009)(2)动物王国中的合作现象6(3)、生态体系中的博弈橙喉雄性蜥蜴：征服者蓝喉雄性蜥蜴：合作者黄喉雄性蜥蜴：背叛者B.SinervoandC.M.Lively,Nature,380,240(1996).7colicinogeniccells(C)sensitivecells(S)resistantcells(R)局域循环相互作用维持三物种共存。B.Kerretal,Nature,418,171(2002)大肠杆菌(E.coli)三种菌株间循环博弈的实验：石头-剪刀-布博弈Rock-Paper-ScissorsGame8提纲•1、研究背景•2、生态体系中的石头-剪刀-布博弈•3、社会人群中的囚徒困境博弈和铲雪堆博弈92、石头-剪刀-布博弈模型(Rock-Paper-ScissorsGame)colicinogeniccells(C)sensitivecells(S)resistantcells(R)ABC2MNα=T.Reichenbach,M.MobiliaandE.Frey,Nature,448,1046(2007);D.T.Gillespie,J.Phys.Chem.,812340(1977)102.1共振靶波的涌现1112Luo-LuoJiang,TaoZhou,MatjazPerc,XinHuangandBing-HongWang,NewJ.Phys.,11,103001(2009)131415(a)(c)(d)(b)(f)(e)2.2多臂螺旋波的涌现Luo-LuoJiang,etal,“MultiplespiralsinthePaper-Rock-Scissorgame”(unpublished);Luo-LuoJiang,etal,“Patternformationinspatialgames”,PhysicsProcedia,(accepted);Luo-LuoJiang,etal,“Predationintensitydeterminesbiodiversityandpatternformationincyclicpredator-preymodels”(unpublished).16Partialdifferentialequations(PDE):171810-510-410-30.00.51.0probabilityM1spiral2spirals55.010−×41.010−×45.010−×10-510-410-30.00.51.0ProbabilityM1pairspirals2pairspirals45.010−×55.010−×41.010−×19小结1、通过研究石头-剪刀-布博弈，我们发现节律驱动的种群中出现非常有序的自组织结构——靶波。2、对于不同规则初始条件，我们观察到单臂螺旋波、多臂螺旋波和同向-反向螺旋波对。20提纲•1、研究背景•2、生态体系中的石头-剪刀-布博弈•3、社会人群中的囚徒困境博弈和铲雪堆博弈213、社会人群中的囚徒困境博弈和铲雪堆博弈•Prisonerprisoners’dilemmagame(PDG)TRPSR=1,S=0,T=b,andP=0(1b2).•Snowdriftgame(SG)TRSPR=1,S=1-r,T=1+r(0r1).223.1适当财富不均匀促进合作Luo-LuoJiangetal,Phys.Rev.E,80,031144(2009)囚徒困境博弈：23243.2自适应迁移对合作的影响(1)Migrationwithprobability(2)ImitationandnoiseLuo-LuoJiang,Wen-XuWang,Ying-ChengLai,andBing-HongWang,Phys.Rev.E,81,036108(2010)；Luo-LuoJiang,etal,preferencemigrationinpublicgoodsgames,(unpublished).ImitateReset2526272829小结1、在囚徒困境博弈中，财富的不均匀性对个体合作行为产生深远影响。我们在囚徒困境博弈中定量研究了这一影响，发现适当的财富不均匀促进合作。2、在空间博弈中，适当的个体迁移速度有利于合作的维持，并且在初始状态为背叛者的情况下，合作自发涌现——呈现爆发态势。30总结•演化博弈在生态、社会复杂系统中的研究方兴未艾。•在生态复杂系统中，生物多样性研究一直都是一个核心课题。不同物种间以及同一物种的不同个体间的合作是维持生物多样性一个有效途径。在社会复杂系统中，合作是人类进步的基石。•科学家们一直苦苦追寻着产生合作的根源，然而个体间的合作似乎与很多因素有关，包括偏好迁移、亲缘选择、直接（间接）互惠声望、惩罚、等等。那么什么因素是最关键的呢？