當前位置:首頁?>>?基金要聞?>>?資助成果

 

    我國學者在博弈動力學研究方面取得重要突破

    日期 2019-12-26   來源:信息科學部   作者:王志衡 韓軍偉 叢楊 吳國政  【 】   【打印】   【關閉

      在國家自然科學基金項目(批準號:61751301)資助下,北京大學系統與控制研究中心王龍團隊與美國哈佛大學馬丁·諾瓦克(Martin A. Nowak)團隊合作,在博弈動力學(Game dynamics)研究方面取得重要突破。探討了個體行為與環境交互作用下的博弈動力學,揭示了環境狀態反饋能夠極大地促進合作行為的演化。該成果以“Evolutionary Dynamics with Game Transitions”(具有博弈切換的演化動力學)為題,于2019年11月26日在Proceedings of the National Academy of Sciences(《美國科學院院刊》)上在線發表。論文鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2019/11/25/1908936116。

      從微生物群體、群居動物到人類社會,合作現象普遍存在于自然界中。理解合作行為的演化是一個經典難題,已經引起系統控制、演化生物學、物理學、經濟學、心理學、計算機科學等領域學者的廣泛關注。相關成果涉及到進化計算、集群智能、氣候變化、資源利用、智能交通系統、移動傳感器網絡、多機器人協作與控制等諸多重大問題。

      傳統上,對合作演化的探討主要集中在靜態的交互環境中,即在演化過程中個體所處環境的狀態是恒定不變的。近年來,大量實證研究表明,環境的狀態通常隨著時間發生改變。因此,個體行為影響了環境的狀態,環境的狀態反過來也影響了個體的行為決策,形成一個人在回路(Human-in-the-loop)的反饋控制系統。一個自然的問題便是:個體行為和環境狀態的交互作用如何影響了合作行為的演化?

      北京大學系統與控制研究中心王龍團隊與美國哈佛大學合作者合作,借鑒混雜系統(Hybrid systems)控制的思想,提出了博弈切換的演化動力學框架,即不同的博弈模式對應不同的環境狀態,個體的行為和當前時間進行的博弈共同決定下一時間進行的博弈(圖1)?;诖搜芯靠蚣?,他們研究了網絡結構群體的合作演化,提出了邊嵌入的對估計方法(Edge-embedded pair approximation), 并結合擴散近似(Diffusion approximation),解析地揭示了網絡上合作演化的一個基本規則:當合作行為產生的收益b與其代價c的比值超過k-k’時,合作行為能夠演化,其中k是每個個體的平均鄰居數量,k’刻畫了博弈切換的影響。即使合作在任何單一的博弈模式下都無法演化,這樣的博弈切換——合作導致相對高價值的博弈,而背叛導致相對低價值的博弈——能夠促進合作演化(圖2)。特別地,這些博弈模式之間很小的差異也能夠顯著地促進合作演化。這項工作一方面反映了環境反饋對合作演化的促進作用,為高度連接的復雜系統中大規模合作的涌現提供了理論解釋;另一方面也表明可以通過調控環境的狀態實現群體的合作。

    圖1 博弈切換下的演化動力學框架

    圖2 博弈切換促進合作行為的演化




版權所有:國家自然科學基金委員會 京ICP備05002826號

地址:北京市海淀區雙清路83號 郵編:100085    

京公網安備 11040202500068號

河南十一选五基本走势图