复杂系统中的合作涌现与自组织

发布时间：2021-06-23 07:56

　　近年来,复杂系统中大量个体的集体行为在社会学、生物学和物理学领域备受关注。在这些集体行为中,合作涌现和自组织斑图的研究尤为瞩目。本论文基于演化博弈和复杂网络理论研究了自私个体间的合作行为和相互竞争物种间的自组织斑图。此外,我们还研究了复杂网络中的意见动力学和信誉评价系统。本论文分为三个部分。首先,基于生态演化博弈,我们从以下三方面研究了生态复杂系统的自组织斑图和物种多样性：1、在“石头-剪刀-布”博弈中,当中心小区域引入周期注入不同物种的个体时我们观察到靶波涌现。这种周期注入的物种个体（周期节律）首先在中心形成靶波,随后传播至整个空间。在演化过程中,处于随机初始状态的体系在周期节律的驱动下,逐渐被高度有序的靶波所占据。此时,中心注入局部区域和整个体系全局区域的物种个体所占比率随时间出现周期振荡；根据局部振荡周期和全局振荡周期之间的关系,靶波形成可以有三种不同的模式：两个区域的周期振荡同步,间歇同步以及非同步。2、如果没有周期注入而是初始状态时三物种的个体规则分布在体系中,我们观察到由物种个体构成的自组织斑图,包括单臂螺旋波、多臂螺旋波、同向-反向螺旋波对。这些斑图的形成与初始的三物种个... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

(左图)生活在美国加州的雄性斑点蜘蝎，依据其喉咙部位的颜色依次

蝎的活动范围最大，蓝喉雄性侧边斑点晰蝎次之，黄喉雄性侧边斑点蜘蝎的活动范围最小。三亚种雄性侧边斑点晰蝎竞争雌性配偶的策略相互循环制约，形成“石头一剪刀一布”博弈。在这个循环博弈中，如图1.2(a)，橙喉雄性侧边斑点晰蝎武力争夺蓝喉雄性侧边斑点晰蝎的雌性配偶(石头抑制剪刀);蓝喉雄性侧边斑点晰蝎武力捍卫自己的雌性配偶不受黄喉雄性侧边斑点蜘蝎袭扰(剪刀抑制布);由于橙喉雄性侧边斑点晰蝎领地太大，顾此失彼，黄喉雄性侧边斑点晰蝎得以偷偷摸摸地溜到没有设防的领地，找到雌晰蝎成功交配(布抑制石头)。这种雄性个体间繁殖策略的“石头一剪刀一布”博弈直接导致了各亚种的种群数量呈现周期振荡，如图1.2伪)。B.Sinervo等人发现，各亚种的种群数量在1990一1995六年间呈现周期振荡:当蓝喉雄性侧边斑点晰蝎的数量占据优势时，橙喉雄性侧边斑点蜘蝎的数量增加，从而抑制蓝喉雄性侧边斑点晰蝎继续占据优势;随后橙喉雄性侧边斑点晰蝎占据优势，黄喉雄性侧边斑点晰蝎的数量增加

(kca一灿5). (1.3)不动点a*二k注+ks+kek注+k刀+无ee一蔽会知石(另一不动点为(0，0，0)没有实际意义，故舍去)。完全均匀混合体系如图1.4所示。在数值模拟中，在N个体构成的体系中每一时间步随机选择两个体发生式1.1的反应。当等待时间远远大于N时有可能出现一个物种灭绝，随后另一物种也灭绝，最终体系只剩下一个物种。等待时间越长，灭绝概率越大，当t趋于无穷大的时候，灭绝概率趋于1。确定性的平均场方法只能描述完全均匀混合体系中“石头一剪刀一布”博弈演化的初始阶段，即t<<N;由于噪声涨落的作用，随着时间的推移，t>>N时


本文编号：3244567