合作行为广泛存在于自然系统与人类社会中,并且对种群进化与社会繁荣起到重要促进作用。但是,合作行为往往伴随着成本。合作者以降低自身收益为代价提高整体收益。这与逐利个体追求收益最大化的目标相违背。因此需要额外的合作机制来调节个体收益与整体收益的关系,即驱动个体在努力最大化自身收益的同时也实现整体收益的最大化。本文针对以个体、群体和交互环境为作用对象的合作机制,分别构建不同种群状态与策略复制方程,研究了各合作机制所驱动的博弈动力学,刻画并讨论了逐利个体在激励机制、群体资源分配、交互环境转移等因素影响下的行为规律。通过对合作机制中以上各因素的定量分析,为进一步设计合作反馈机制、改善系统性能提供了理论基础。具体研究内容如下1.在以个体为作用对象的合作机制中,本文研究了同伴压力与激励机制驱动的博弈动力学。假定种群中的个体参与公共品博弈,同伴压力为个体因背叛集体合作行为和社会规范所受到的收益损失。激励机制则通过奖励合作者树立社会规范以引导同伴压力。基于种群合作者比例复制方程,本文分析了种群合作者比例的稳定均衡点、不稳定均衡点与同伴压力、博弈参与人数、合作奖励之间的关系,给出了合作行为涌现的临界条件。在结构化种群中,本文发现个体的局部交互特性与同伴压力间存在互惠效应。异质性的个体连接结构会使背叛者感受到更多的同伴压力,从而促进合作行为在种群中的传播。2.在以群体为作用对象的合作机制中,本文研究了群体竞争机制驱动的博弈动力学。群体中合作者比例决定了群体声誉,合作的社会规范会引导声誉较高的群体在资源竞争中占据优势。假定群体中的个体参与公共品博弈且将合作者数量分布定义为群体状态,本文提出了群体状态随机演化动力学模型,该模型能准确反映以群体为单位的种群的合作演化过程。基于群体状态随机演化动力学模型,本文给出了群体状态在群体竞争机制作用下随时间变化的规律,并分析了群体竞争机制的合作反馈机理。本文还进一步探讨了群体间社会地位差异对于群体状态和种群合作演化的影响,发现异质性的群体连接结构能够保护合作者在平均增益因子较小的种群中存留,但是会阻碍合作行为在平均增益因子较大的种群中广泛传播。3.在以交互环境为作用对象的合作机制中,本文研究了博弈转移机制驱动的博弈动力学。在拥有多交互环境的随机博弈中,个体共同动作集合会影响其所处的交互环境。本文通过将交互环境与个体共同动作集合的转移过程表示为一个马尔可夫链,提出了状态转移复制动力学模型。该模型能准确反映个体在随机博弈中的学习与策略更新过程。基于状态转移复制动力学模型,本文发现,如果博弈转移机制导致个体所处交互环境为非平衡分布且存在一个合作返回环境,那么即使各环境收益参数相同且都满足囚徒困境博弈条件,个体在合作返回环境中依然有可能选择相互合作,并给出了相互合作所需的临界初始条件。此外,本文进一步指出,当合作返回环境中的收益高于其他交互环境时,个体在所有环境中都会选择相互合作,并给出了所需的最小收益差异。4.在随机博弈与博弈转移机制基础上,本文进一步研究了零行列式博弈转移概率与策略驱动的博弈动力学。针对两环境两个体两动作随机博弈,本文分别设计了零行列式博弈转移概率与零行列式策略,使得个体间期望收益满足线性关系,并驱使某一个体单方面选择合作行为。本文发现,当交互环境间的收益参数取值范围不存在交集时,随机博弈中存在零行列式博弈转移概率,并给出了设定、剥削这两类零行列式博弈转移概率的取值条件与性质,以及他们在状态转移复制动力学模型中的表现。此外,本文研究了随机博弈中零行列式策略的存在条件,并指出在同一随机博弈中,零行列式博弈转移概率与零行列式策略不能同时存在。针对剥削与宽容这两类零行列式策略,本文给出了他们在随机博弈中的取值条件与性质,并指出当两个体同时采取零行列式策略时,宽容策略为占优策略。