复杂网络上利他行为的产生规律及演化过程研究

【摘要】在社会发展快速多变的时代背景下，激烈的竞争环境导致了利己主义的盛行。食品与药品安全问题、企业厂商的连环骗局、政府官员的腐败现象以及青少年的道德缺失已经给社会带来了严重危害和不容忽视的发展危机。利他行为的研究有助于解决社会建设中存在的问题，社会对良好风气的迫切需要引发了各领域学者对利他行为的普遍关注。利他行为是如何涌现和维持的、要受到哪些因素的影响和制约成为了热点研究课题，而博弈论为此提供了重要的建模和分析手段。自然界和人类社会中普遍存在的网络都是复杂网络，复杂网络理论的发展为描述博弈关系提供了广泛应用的框架，网络中的点代表参与博弈的个体，边代表个体之间存在的博弈关系，个体的行为受到拓扑结构和交互规则的限制和影响，个体之间微观的相互作用在群体整体上产生宏观的现象。复杂网络上的博弈关注自私个体间涌现的合作现象，通过建立一定的博弈规则来研究自发利他行为的产生机制，为理解利他行为和探索促进合作的机制提供了理论依据。为了对复杂网络上利他行为的产生规律及演化过程进行深入探索，本文根据博弈理论和复杂网络理论提出了一种基于信誉和未来期望的利他行为机制，网络框架采用了空间小世界网络模型及无标度网络模型。机制中规定，参与博弈的个体有两种策略可以选择：合作和不合作，每个个体能且只能与其最近邻发生交互。作为本地信息，信誉用来衡量和评估个体在历史交互中的行为表现，博弈双方能够在决策前了解对手过去的行为，并根据对手信誉的高低来推测其在本次交互选择合作策略的可能性大小，所以信誉高的个体更容易被其他个体选作博弈对手。同时，将折现因子的概念引入到机制中用以描述个体对远期收益的看重程度，在重复博弈中，出于自身利益最大化的考虑，个体对未来的期望越高，越有可能选择与他人合作以便建立良好的信誉。因此，个体在进行决策时不仅要考虑本次收益还要兼顾远期收益。理论分析与仿真实验的结果表明，无论是在小世界网络还是无标度网络上，只要收益与花费的比值足够大，个体会在交互过程中积极建立良好信誉并自愿的与他人合作以达到最大化自身收益的目的。群体收敛时的合作水平并不完全依赖于群体初始平均信誉的大小，甚至在群体初始平均信誉比较小时，群体即可演化至完全合作稳态。在一定区间内，群体初始平均信誉的略微增长都会使合作水平显著提升。通过模拟真实环境中存在的非主观因素，我们发现两种网络上的合作稳态都具有一定的抗干扰能力，在同等程度的干扰下，无标度网络上群体的合作状态比小世界网络更稳定。在群体合作涌现的临界点，即群体平均信誉先上升后下降的情况，小世界网络的动态信誉斑图表明，网络中长程连接的存在是导致出现新的低信誉团簇的主要原因，而合理的控制网络的随机性可以促进合作行为的产生。在无标度网络上，网络的异质性使得个体最终收敛到三种状态：完全合作、完全不合作及信誉以特定模式在固定区间内振荡，少量的大度数高信誉个体及大量的小度数低信誉个体相互制约使群体可以收敛到介于完全合作与完全不合作的中间状态。此外，在本文建立的机制下，网络的异质性对行为的传播没有促进作用。
【作者】邹蕴；
【导师】郭东伟；
【作者基本信息】吉林大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】利他行为；复杂网络；博弈论；合作；信誉；未来期望；

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