共同进化博弈和动态适应性景观:一种综合?

达尔文进化论的一个主要特征是,生存和繁殖的成功是由选择压力和个体之间的竞争指导的。换句话说,在很大程度上,我们有理由认为,众所周知的适者生存是一种重要的进化机制。然而,看看大自然,我们发现,当然,激烈的竞争和斗争,但也广泛的合作,甚至利他行为,不仅在个体之间,而且在个体群体甚至物种之间。在描述进化的驱动力时,竞争和合作怎么能同时存在呢?这个问题的答案可能来自进化和共同进化博弈。这两种类型的游戏都是计算模型,能够讨论合作是否、何时以及在何种情况下比竞争更有利于进化。这些游戏将个体群体定义为相互互动的玩家,个体的行为选择是可采用的策略,例如竞争或合作。玩家从与其他玩家的互动中获得收益,这取决于自己的策略、合作玩家的策略以及指定奖惩的收益矩阵的值。讨论玩家与合作者之间的互动分配收益,在所谓的社交困境(最著名的是囚徒困境)中变得最为清晰和明确,但也包括雪堆、猎鹿或和谐。这些游戏通过玩家改变策略(进化游戏)或重塑描述谁与谁互动的网络(共同进化游戏)来表达进化动态。

图1所示。适合度景观的拓扑类型为:a)富士山景观(单峰、通道畅通),b)险峻多峰的屏障景观,c)中性景观(单峰平坦),d)绕行景观(单峰、路径长)。

适应性景观是另一个数学工具框架,可用于概念化和计算分析进化动力学。进化生物学中引入了适应度景观,并阐述了遗传规格、个体实例与其适应度之间的关系。如果我们假设适应度在所有可能的基因规格上存在差异,并且倾向于更高的适应度,那么景观设置表明,进化的种群直接在景观上移动。在概念层面上,这幅图是基于进化路径的概念,进化路径是由适应度景观的拓扑特征创造的。进化路径是在适应值不断上升的环境中进行的一系列活动。这种进化路径的存在和丰富程度,使我们对景观中从低适合度区域向高适合度区域过渡的可能性进行了估计。

人们普遍认为,通过将收益解释为适应性,进化游戏可以与适应性景观联系起来。然而,我们也很清楚,收益作为适应性不仅取决于玩家自己的策略,还取决于其合作者使用该策略的频率,这被称为频率依赖性。正如本文所示,这种情况可以通过对玩家和合作者的策略进行建模,并将这些策略组合定义为游戏的配置来加以补救。因此,对于进化和共同进化游戏,我们获得了策略-收益地图和最终的游戏景观。这些游戏场景随后可以用于计算实验。这些实验表明,景观的数量与固定属性密切相关,可以区分不同的游戏景观。游戏动力学已经从理论和实验的角度对固定属性(如固定概率和时间)进行了深入的分析和讨论。关于动态游戏景观的结果通过提供健身景观视图作为另一种解释框架来促进这一讨论。

•亨里希特
电子工程及资讯科技学院,
hkhk莱比锡应用科学大学,德国莱比锡

出版

共同进化博弈的动态景观模型。
级H
生物系统,2017年3月- 4月

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