零行列式策略在雪堆博弈中的演化

零行列式策略不仅可以单方面设置对手收益,而且可以对双方的收益施加一个线性关系,从而达到敲诈对手的目的.本文针对零行列式策略博弈前期与稳态期的收益存在偏差,基于Markov链理论给出零行列式策略与全合作策略博弈的瞬态分布、瞬态收益及达到稳态所需时间.发现在小的敲诈因子下,敲诈者前期收益高于稳态期收益,敲诈因子较大时,情况截然相反,并且敲诈因子越大,越不利于双方合作,达到稳态也越慢.这为现实生活中频繁更新策略的博弈提供了一种计算实时收益的方法.此外针对敲诈策略与进化人的博弈,论证了双方均背叛状态下,进化人下次博弈时一定进化为全合作策略.通过对所有状态下策略更新过程仿真,发现进化人在四种情况下的进化速度有显著差异,并最终演化为全合作策略,表明零行列式策略是合作产生的催化剂.     

基于遗传算法的重复囚徒困境博弈策略在复杂网络中的演化

利用遗传算法研究重复囚徒困境博弈策略在复杂网络中的演化.研究结果表明：处于复杂网络中有记忆的个体通过基因的复制、重组、变异和选择能够进化出一种自组织的合作机制.这种合作机制既能够在群体中激发合作行为的产生，加强和维护持续的合作行为，同时又能对背叛的个体进行惩罚和报复，因此能够促使复杂网络中进化出具有很高合作率的群体. 关键词： 复杂网络 遗传算法 进化博弈 合作     

双复杂网络间的演化博弈

复杂网络的演化博弈是社会结构与稳定的重要模型. 基于单网络演化博弈模型, 提出了一种双复杂动态网络的演化博弈模型, 考虑双复杂网络在两个不同收益矩阵的囚徒困境博弈下增长, 当两个网络没有相互联系时, 发现增长网络中的空间互利性所导致的平均合作水平的突变, 推广了前人的结论. 在两个网络有相互联系时, 平均合作水平可以两者出现高度同步. 在网络的收益系数达到一定时, 才实现较高的合作水平. 增加网络内连接数量时, 自然选择不利于网络的合作, 而公平选择却有利于网络的合作, 说明了更新策略的影响. 当增加网络间连接数量时, 两个网络合作水平都下降. 当保持网络间和网络内的连接比例不变时, 网络的平均度越大, 平均合作水平越小. 本文发现了背叛领袖的存在, 并揭示了双网络模型下背叛领袖对平均合作水平的影响及其与合作领袖的互动机理, 这结果给出社会结构, 稳定和演化的重要信息和启示.     

自我质疑机制下公共物品博弈模型的相变特性

公共物品博弈是研究群体相互作用的经典模型,广泛用于解释自私个体间合作的涌现和保持.本文从理论分析和蒙特卡罗模拟两个方面研究了二维正方格子上一个有偿惩罚机制下随自我质疑更新规则演化的公共物品博弈模型的相变特性.理论分析方面,将公共物品博弈模型转化为一个外场不为零的铁磁Ising模型.通过有效能量发现:不存在惩罚时,个体间的耦合强度为零,体系只有外场作用;存在惩罚时,个体间包含最近邻、次近邻和第三近邻相互作用且外场不为零.蒙特卡罗模拟方面,首先验证了理论分析的正确性,然后对公共物品博弈模型相关的一级相变和二级相变进行了有限尺度标度分析.研究发现:1)蒙特卡罗模拟所得结果与类Ising模型分析结果完全吻合;2)相比二维Ising模型,公共物品博弈的二级相变临界指数发生了变化;3)公共物品博弈的一级相变与二维Ising模型相同.     

基于脏脸博弈模型的人车路口穿越行为研究

行人与车辆在穿越无信号路口时的行为冲突尤其具有危险性, 行人和机动车不仅具有运动特征, 更具有行为特征, 因此需要从社会学层面对人车路口穿越问题进行建模. 通过对无信号路口处人车干扰机理的深入剖析, 提出基于脏脸博弈模型研究人车“理性人”的行为特征以及交互行为背后的微观机理, 分析了人车穿越路口时共同知识的形成过程、人车双方优势策略的产生机理和人车脏脸博弈的动力学过程. 理论推导了人、车收益的数学期望和发生人车冲突的概率. 分析结果表明: 行人穿越的理论时间和机动车穿越的理论时间越接近, 人车越容易发生冲突. 同时, 进一步分析了不同车型、不同行人等待时间和个体认知能力异质性对人车冲突概率的影响.     

具有异质增益因子的超图上的演化公共品博弈

近年来,空间结构和社会多样性对群体合作演化的影响吸引了人们极大的关注.本文在空间公共品博弈中引入了异质增益因子,研究超图上合作行为的演化.除所有博弈群组具有相同增益因子的原始模型外,还考虑了包括均匀分布、指数分布和幂律分布在内的不同异质性强度的三类异质增益因子分布.数值模拟结果显示,上述4种增益因子分布对应的公共品博弈中,均匀随机超图阶数g的增大有利于提高群体的合作水平.更进一步地,对比超图上原始空间公共品博弈的演化结果,群体中博弈群组增益因子异质性的引入能够显著促进群体的合作行为,幂律分布情况下能够使得系统获得最高合作水平.此外,研究了超边数目对群体合作演化的影响,结果表明上述结论对超边数目鲁棒,并且超边数目L的增大会抑制公共品博弈中合作行为的涌现.一定程度上,本文的研究结果有助于我们更好地理解超图上空间公共品博弈的演化动力学.     

基于结构多样性评价的换热网络全局最优化

针对启发式方法在优化换热网络时由于个体团聚而出现搜索能力下降,建立一种换热网络结构多样性评价方法,对种群中个体结构团聚程度进行衡量,并指导算法改进.对种群进行集团划分,将一定数目的具有公共结构的个体归为一个集团,从而得到个体结构分布;提出分散搜索策略,对于各集团中除集团最优个体外的其它个体,从其公共结构中随机选择若干个换热器进行摄动以分散集团中的个体结构;提出集中搜索策略,通过使其它个体获得最优集团对应公共结构以加强对较优结构的集中开发;采用9股流与15股流两个算例,验证分散搜索策略增强了全局搜索能力,集中搜索策略增强了局部搜索能力,优化结果分别较原算法降低了7 008针对启发式方法在优化换热网络时由于个体团聚而出现搜索能力下降,建立一种换热网络结构多样性评价方法,对种群中个体结构团聚程度进行衡量,并指导算法改进.对种群进行集团划分,将一定数目的具有公共结构的个体归为一个集团,从而得到个体结构分布;提出分散搜索策略,对于各集团中除集团最优个体外的其它个体,从其公共结构中随机选择若干个换热器进行摄动以分散集团中的个体结构;提出集中搜索策略,通过使其它个体获得最优集团对应公共结构以加强对较优结构的集中开发;采用9股流与15股流两个算例,验证分散搜索策略增强了全局搜索能力,集中搜索策略增强了局部搜索能力,优化结果分别较原算法降低了7 008■·a~(-1)与17 973■·a~(-1)且均优于文献结果.     

经纪人模仿在演化少数者博弈模型中引入的自组织分离效应

引入真实金融市场中普遍存在的模仿机理,提出并研究了一种新的演化少数者博弈模型.在该模型中,所有的经纪人排列成满足一维周期性条件的链并有一个共同的策略.每个经纪人有一个概率p值,作决定时以概率p选择策略预测的取胜方,以概率1-p作出相反的决定,同时经纪人可以模仿财富高于自己的最近邻邻居的p值.数值模拟结果显示,通过演化使得经纪人组成的系统自组织分离成由极端行为表征的相反人群.模仿引起的演化可以明显提高系统的协作. 关键词： 科学与社会 自组织系统     

具有列维飞行与布朗运动特征的循环竞争博弈及物种稳定共存条件

循环竞争博弈常被用来研究物种多样性.以前有关循环竞争博弈的研究工作所考虑的相互作用距离模式包括最近邻、取固定距离或一定距离以内的随机值,这与实际情况不相符.考虑到实际生物系统中物种个体做列维飞行与布朗运动的情况广泛存在,综合考虑了最近邻相互作用模式和列维飞行(布朗运动)长程相互作用模式,对循环竞争博弈及保持物种多样性的条件进行了研究.得到了最大飞行距离与选择概率的临界关系(包括Logistic式和指数式关系),进一步得到了幂指数与选择概率的临界关系,以及保持物种共存的条件.     

系统电磁脉冲边界层准稳态特性研究

 对黑体谱脉冲X射线入射到系统材料上发射的光电子的行为及其准稳态成立的条件进行讨论,研究了系统电磁脉冲(SGEMP)边界层中光电子参数和电场的准稳态特性,给出的公式,可以方便地获得SGEMP边界层的主要参数,如电子密度、电子分布、表面电场及其分布等。最后给出了一个计算实例。     

一个具有完全四翼形式的四维混沌

本文通过引进一个非线性状态反馈控制器, 提出了一个新的四维混沌系统, 该混沌吸引子能在任何方向上都表现出四翼形式. 由于存在一个大的正李雅普诺夫指数, 混沌系统具有一些非常有趣和复杂的动力学行为. 对系统的一些基本动力学特性进行了数值模拟和理论分析, 如平衡点、耗散性、Poincaré映射、频谱、时域谱和混沌行为等. 通过对Lyapunov指数谱和分岔图的分析, 进一步研究了混沌行为的系统参数敏感性. 最后, 设计了一个实现四翼混沌系统的振荡电路, EWB观察结果与数值模拟结果具有良好的一致性.     

通过博弈的室内行人疏散动力学研究

在室内行人疏散过程中,行人博弈对疏散效率有着重要的影响.本文把抵制博弈策略更新的强度定义为抵制强度. 为了研究抵制强度对疏散效率的影响, 通过在行人博弈策略更新的概率中引入抵制强度,基于元胞自动机模型数值计算在不同的行人密度, 出口宽度下疏散总时间随抵制强度变化的关系.结果表明: 室内行人疏散过程中, 抵制强度小会使得争抢行为极其容易蔓延. 当行人密度小且出口宽大时, 输入以急速疏散为主的规范信息,鼓励行人模仿优胜者更新博弈策略, 当行人密度大且出口狭小时, 输入以避让为主的规范信息抑制行人争抢,都能提高疏散效率. 最后找出不同条件下与最短疏散总时间相对应的优化抵制强度, 为提高室内行人疏散效率提供一个新的视角.     

一门崭新的交叉科学:网络科学(下篇)

在上篇综述里,我们评述了网络科学的发展简史,基本概念和网络分类,以及国内外迄今提出的复杂网络的主要理论模型及其拓扑特性。着重总结了我们"一院二校"开展的国家自然科学基金重点项目的研究进展,上篇的研究成果主要涉及加权网络模型、和谐统一的混合模型和量子信息网络模型及其纳米网络,简单说,我们探索了从宏观网络到微观网络的不同层次的若干特点和结果。在下篇综述里,我们将系统概述5个重要课题的研究进展,从第7章到第11章,课题内容包括:复杂网络的动力学完全同步与网络的拓扑结构之间的关系;网络拓扑结构的对称性破缺导致动力学部分同步;给出判断给定网络部分同步斑图稳定性的方法和一般判据,讨论了由网络的多种拓扑对称导致的部分同步斑图的竞争和选择问题以及李指数谱的简并性质。进一步,分别以具有小世界和无标度拓扑结构的束流输运网络为典型的"混沌复杂网络",提出了实现束晕-混沌的同步和控制的若干方法,特别是实现分区网络的多目标的同步控制问题。同时,基于Vicsek模型和Boid模型,研究了生物体集群动态网络的拓扑结构和动力学方程,提出复杂多智能体网络的协调控制策略。另外,从复杂网络的不同拓扑结构对合作涌现和资源分配的作用角度,评述了三个主要的博弈模型—少数者博弈、囚徒困境和雪堆博弈,研究了复杂网络的群聚系数和网络异质性等结构特性对个体的博弈行为的重要影响。最后第12章,我们简介其它课题的进展,讨论了网络科学面临的挑战,并展望了其应用与发展前景。     

一门崭新的交叉科学:网络科学(下篇)

在上篇综述里,我们评述了网络科学的发展简史,基本概念和网络分类,以及国内外迄今提出的复杂网络的主要理论模型及其拓扑特性。着重总结了我们"一院二校"开展的国家自然科学基金重点项目的研究进展,上篇的研究成果主要涉及加权网络模型、和谐统一的混合模型和量子信息网络模型及其纳米网络,简单说,我们探索了从宏观网络到微观网络的不同层次的若干特点和结果。在下篇综述里,我们将系统概述5个重要课题的研究进展,从第7章到第11章,课题内容包括:复杂网络的动力学完全同步与网络的拓扑结构之间的关系;网络拓扑结构的对称性破缺导致动力学部分同步;给出判断给定网络部分同步斑图稳定性的方法和一般判据,讨论了由网络的多种拓扑对称导致的部分同步斑图的竞争和选择问题以及李指数谱的简并性质。进一步,分别以具有小世界和无标度拓扑结构的束流输运网络为典型的"混沌复杂网络",提出了实现束晕-混沌的同步和控制的若干方法,特别是实现分区网络的多目标的同步控制问题。同时,基于Vicsek模型和Boid模型,研究了生物体集群动态网络的拓扑结构和动力学方程,提出复杂多智能体网络的协调控制策略。另外,从复杂网络的不同拓扑结构对合作涌现和资源分配的作用角度,评述了三个主要的博弈模型—少数者博弈、囚徒困境和雪堆博弈,研究了复杂网络的群聚系数和网络异质性等结构特性对个体的博弈行为的重要影响。最后第12章,我们简介其它课题的进展,讨论了网络科学面临的挑战,并展望了其应用与发展前景。     

个体行为与社会环境耦合演化的舆论生成模型

社会舆论的形成是个体行为及其关联与社会环境影响共同作用的结果.在受到环境因素影响的同时,个体行为也反过来影响社会环境,从而呈现出耦合演化的特点.本文在Ising模型的基础上,建立了一个包含社会张力累积和消解过程的舆论形成模型,研究了个体行为和社会环境的耦合演化行为.利用朗道的平均场理论,重点分析了在不同舆论疏解系数下系统演化的定态解及其稳定性,以及系统定态解随参数变化的分支行为.同时使用计算机模拟方法对平均场理论的结果进行了印证.研究结果表明,将系统与环境的耦合演化机制加入Ising模型后,系统会展现出一定的自组织特性.当疏解系数较小时,系统会出现不同程度上的整体一致舆论,产生宏观有序状态;当疏解系数较大时,系统则稳定在无序状态.同时,存在一个临界参数,使系统从任何初始状态出发均自发演化到临界的分支点状态.     

格点规范理论(Ⅱ)

1 引言 我们在前面所写下的自旋体系或场论体系的作用量,有一个明显的特点,即都是相邻格点的场量才有相互作用(例如(1.13)、(1.15)以及(1.16)式)。但是实际上我们经常对理论的长程性能或低能行为感到兴趣,这在研究体系的临界行为时尤其如此。从上述的那些作用量是不易直接看出这些性能的,这是因为出现了合作效应(cooperativeeffects)。点阵作用量中的某些部分可能对于长程相互作用是重要的,而另一些部分则可能是不重要的,这主要取决于合作的多体效应。而且,在理论的临界区域里,关联长     

多体相互作用体系中的弛豫与扩散:一个尚未解决的问题

文章目的在于引起国内研究团体对一系列复杂相互作用体系中的弛豫和扩散的普适性进行关注.研究发现,无论是不同的化学结构(如无机物、有机物、聚合物、生物分子、胶体、金属和离子导电材料),还是不同的物理状态(如晶态、玻璃态、液体、熔体、混合体系和含水系统),以及不同的尺度(如从块体至纳米),这种普适性无处不在[K.L.Ngai.Relaxation and Diffusion in Complex Systems.NewYork:Springer,2011].该现象起源于多体系统的不可逆过程,取决于一些基本物理定律,与非简谐势引发的经典混沌有关.重新认识这种普适性不仅对众多不同领域的发展有利,而且能进一步弄清楚多体系统中的弛豫与扩散问题——一个重要而又未解决的物理问题.作者提出的耦合模型尽管不是一个严格而完整的答案,但却能够预测多体系统的弛豫和扩散特征,而且与实验结果吻合.基于该模型,绝大多数多体系统中的弛豫与扩散行为是相似的.该模型有望为这一难题的彻底解决奠定基石.     

日常择路行为的多智能体模拟

日常路径选择是一个长期的、多体参与的非合作博弈过程.基于多智能体环境，对交通信息公开和不公开两种路径更新规则进行了模拟研究，结果表明，信息公开比不公开能够使路径流量更快地演化到logit随机用户均衡状态，但若对信息的依赖程度过大，则可能导致系统振荡；出行者完全依靠自身经验完成路径选择也可以使系统演化至稳定态，但代价是演化效率太低.因此，既要公开交通信息，又要注意合理使用信息.     

考虑网络流量的无标度网络病毒免疫策略研究

考虑网络交通流量对病毒传播行为的影响,基于平均场理论研究无标度网络上的病毒免疫策略,提出一种改进的熟人免疫机理.理论分析表明,在考虑网络交通流量影响的情况下,当免疫节点密度较小时,随机免疫几乎不能降低病毒的传播速率,而对网络实施目标免疫则能够有效抑制病毒的传播,并且选择度最大的节点进行免疫与选择介数最大的节点进行免疫的效果基本相同.研究还发现,对于网络全局信息未知的情况,与经典熟人免疫策略相比,所提出的免疫策略能够获得更好的免疫效果.通过数值仿真对理论分析进行了验证. 关键词： 无标度网络 病毒传播 交通流量 免疫策略     

考虑在能见度受限下行人跟随行为特性的建模与模拟

研究了行人在能见度受限情况下的疏散行为,考虑行人对环境的熟悉程度,将行人分为熟悉环境人群和不熟悉环境人群.对于房间内熟悉环境的行人,改进势函数元胞自动机模型来模拟其疏散行为.对于不熟悉环境人群,分析其在视野范围内的跟随行为,并制定了不同跟随行为策略,来研究其跟随行为特性.仿真模拟了房间内熟悉环境人群的人数占比、房间内的视野半径大小以及行人密度等参数,研究其对行人疏散的影响,比较不熟悉环境人群采取的跟随策略的优劣.发现疏散时间的大小与房间内视野半径的大小和房间内熟悉环境者密度的大小有关.其次,跟随策略的有效性与视野半径的大小和熟悉环境者密度有关.而且在单一策略环境下,有着同样的规律.这些发现能对大型公共场所如超市、体育馆的应急疏散情况提供一些启示,有助于在视野受限情况下制定一些有效的指导策略.