基于网络结构复杂度的合作博弈研究

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达尔文曾提出,自私个体偏好采取背叛策略来增加其收益,背叛策略因此将在群体中广泛流传。然而现实生活中,合作几乎存在于所有领域中。因此,各领域内学者着重关注自私个体之间的合作行为。博弈论为合作行为演变的研究提供了有力的理论框架。生活中总能看到博弈论的应用,包括下棋、战争决策、商业合作、生物演化等,都运用到博弈论的思想。复杂网络能够表示很多真实世界的复杂系统,包括城市电力网、万维网、生态网络等。这些网络特性不同,例如人际网络拥有小世界特点,计算机网络具有无标度特性。网络结构不同,影响合作演化的方式也有差异。为探讨网络结构和博弈演化的关系,人们将复杂网络引入博弈论。本文中网络模型采用了目前使用最为广泛的小世界网络模型与无标度网络模型,相较于随机网络与规则网络,这两个模型更贴近于现实世界中的网络。复杂网络具有某些普遍存在的结构特性。当网络结构怎样影响合作行为被关注后,有学者研究了网络平均度、集聚系数等结构特性对合作演化的影响。然而,合作应该与网络复杂程度有关。因此,本文使用网络结构熵来刻画网络的复杂程度,并研究其与复杂网络上的博弈中合作水平存在的关系。现实世界的博弈的进程中,个体不仅会改变策略,也会改变自己的博弈关系。即在博弈中,网络拓扑结构也不断在更改。因此动态网络上的博弈也应受到重视。博弈模型对合作的演化行为也有密切关系。在本文中使用了双人博弈中的经典博弈模型—囚徒困境模型,与多人博弈中经典的模型—公共品博弈模型。我们首先介绍了复杂网络下的囚徒困境博弈与公共品博弈,然后介绍了动态拓扑囚徒困境博弈,该模型下网络拓扑与博弈动力学共同演化。仿真实验运用了蒙特卡洛方法,研究结果表明,在BA和NW网络中,对于静态网络囚徒困境和动态网络囚徒困境模型都存在适当的网络结构熵,使网络中合作水平达到最高。在公共品博弈实验中,BA和NW网络上的实验结果没有显着差异。不论网络结构特性如何,当增益系数较小时,越大的网络结构熵对应的合作率越小。当增益系数较大时,存在中等大小的网络结构熵,使得网络合作水平最优。实验结果表明,网络结构熵是网络演化博弈的重要特征,适合描述网络结构对合作的影响。
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