網(wǎng)絡(luò)演化博弈機(jī)制設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、科學(xué)家們的各種實(shí)證性研究已發(fā)現(xiàn)在自然界，人類(lèi)社會(huì)和各種系統(tǒng)中合作廣泛存在。來(lái)自各個(gè)學(xué)科的研究者競(jìng)相研究合作涌現(xiàn)的內(nèi)在機(jī)理，到目前這仍是一個(gè)開(kāi)放的問(wèn)題，值得研究的問(wèn)題仍然很多。同時(shí)，隨著數(shù)據(jù)處理能力的提升，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)大量的真實(shí)系統(tǒng)可抽象為由節(jié)點(diǎn)和邊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)描述，利用網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系研究真實(shí)系統(tǒng)內(nèi)在的關(guān)系成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。
　　因此，為理解大量個(gè)體間的合作行為的演化，學(xué)者們將個(gè)體抽象為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，個(gè)體間的互動(dòng)行為抽象為邊，從而利用網(wǎng)

2、絡(luò)結(jié)構(gòu)研究個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng)行為。這種利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究博弈行為的研究即為網(wǎng)絡(luò)演化博弈。近年來(lái)，利用網(wǎng)絡(luò)演化博弈研究促進(jìn)合作的機(jī)制被學(xué)者們廣泛關(guān)注。機(jī)制設(shè)計(jì)指設(shè)計(jì)合適的規(guī)則，指導(dǎo)方案或建議引導(dǎo)自私的個(gè)體能夠在注重自身利益的同時(shí)使得系統(tǒng)利益達(dá)到最優(yōu)。
　　本文重點(diǎn)提出了幾種對(duì)合作具有促進(jìn)作用的機(jī)制設(shè)計(jì)，期望能在發(fā)現(xiàn)合作涌現(xiàn)機(jī)制方面做出自己的貢獻(xiàn)。另外，本文還將探索了網(wǎng)絡(luò)演化博弈的應(yīng)用，將其與行人屋內(nèi)逃生研究相結(jié)合，提出了具有優(yōu)先方向選擇的博

3、弈逃生模型，發(fā)現(xiàn)了促進(jìn)逃生的幾種方案。本文的主要內(nèi)容和成果如下。
　　鑒于前人在網(wǎng)絡(luò)演化博弈中較少關(guān)注博弈個(gè)體的鄰居環(huán)境信息對(duì)其策略更新決策的影響作用，而在實(shí)際的決策中這又是相當(dāng)重要的，本文認(rèn)為在實(shí)際博弈中確實(shí)存在部分個(gè)體采用了更為聰明的決策，考慮了鄰居的環(huán)境信息。因此本文將鄰居的環(huán)境信息和支付同時(shí)引入到機(jī)制設(shè)計(jì)中進(jìn)行策略更新的決策。由于個(gè)體從支付值和環(huán)境兩方面評(píng)估是否模仿某鄰居的策略，則需綜合兩方面的值獲得對(duì)該鄰居的綜合評(píng)估值。

4、由于證據(jù)理論在融合多源信息方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，本文引入證據(jù)理論對(duì)支付和環(huán)境兩方面的評(píng)估值進(jìn)行融合以最終獲得對(duì)鄰居的綜合評(píng)估值。在此基礎(chǔ)上，本文提出了三種模型用于刻畫(huà)環(huán)境信息與支付信息共同作用對(duì)合作的影響。一種為綜合考慮全局信息與局部信息及支付信息的機(jī)制設(shè)計(jì)方案;當(dāng)全局信息不易獲取時(shí)，本文討論了僅采用鄰居局部信息和支付信息的機(jī)制設(shè)計(jì)方案;第三種方案僅考察相異策略鄰居局部信息和支付信息情況下合作演化的效果。研究發(fā)現(xiàn)三種機(jī)制設(shè)計(jì)皆能促進(jìn)合

5、作的產(chǎn)生，這表明在博弈中個(gè)體關(guān)注鄰居的環(huán)境信息不僅有利于個(gè)體自身利益的提高也有利于集體合作水平的提高。
　　由施與懲罰者承擔(dān)成本的“有成本懲罰”作為對(duì)背叛行為的懲罰常被用于以往的研究中，本文提出的模型從新的角度探索懲罰和獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制對(duì)合作的促進(jìn)作用。在研究中本文模擬稅收機(jī)制收取公共基金以承擔(dān)對(duì)背叛行為懲罰的成本和對(duì)合作行為獎(jiǎng)勵(lì)的成本，以揭示何種力度與范圍的懲罰和獎(jiǎng)勵(lì)更能促進(jìn)合作的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，中等力度的懲罰效果是最好的，但若無(wú)法精確

6、掌握中等的懲罰力度，則優(yōu)先選擇廣范圍的輕度懲罰，該種機(jī)制設(shè)計(jì)的合作水平高于小范圍高力度的懲罰。采用公共基金獎(jiǎng)勵(lì)合作行為的最優(yōu)效果與之類(lèi)似，當(dāng)要獎(jiǎng)勵(lì)合作行為以鼓勵(lì)更多人效仿時(shí)，應(yīng)該盡可能擴(kuò)大獎(jiǎng)勵(lì)面，當(dāng)然伴隨而來(lái)的是每個(gè)獲獎(jiǎng)個(gè)體獎(jiǎng)勵(lì)金額的降低，研究發(fā)現(xiàn)該種機(jī)制設(shè)計(jì)比窄范圍重力度的獎(jiǎng)勵(lì)更能促進(jìn)合作的產(chǎn)生。研究成果對(duì)社會(huì)財(cái)富調(diào)節(jié)等具有指導(dǎo)意義。另外，本文還將綜合考慮環(huán)境與支付的策略更新機(jī)制引入到采用公共基金的獎(jiǎng)懲模型中，提出了基于局部信息的公共

7、基金懲罰模型和基于局部信息的公共基金獎(jiǎng)勵(lì)模型。發(fā)現(xiàn)該綜合考慮方法在公共基金獎(jiǎng)懲模型中仍然能促進(jìn)合作的涌現(xiàn)，同時(shí)平均支付也得到了提高。因此，更進(jìn)一步的驗(yàn)證了綜合考慮環(huán)境方法的有效性。
　　最后，在網(wǎng)絡(luò)演化博弈的應(yīng)用方面，本文提出了綜合考慮支付信息與環(huán)境信息的博弈逃生模型和帶有優(yōu)先方向選擇的博弈逃生模型，其將博弈與行人屋內(nèi)逃生相結(jié)合，以揭示促進(jìn)逃生的各種機(jī)制設(shè)計(jì)，實(shí)際上，逃生的加快也是促進(jìn)合作的一種表現(xiàn)。首先研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)整體人群恐懼指數(shù)

8、還不是很高時(shí)，處于逃生人群不利位置的個(gè)體適當(dāng)?shù)谋３指叩目謶种笖?shù)有利于整體人群的逃生，該結(jié)論給處于緊急逃生中處于不利位置的個(gè)體具有指導(dǎo)意義。其次，本文提出了綜合考慮支付信息與環(huán)境信息的博弈逃生模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)房間內(nèi)越多的個(gè)體采用綜合考慮機(jī)制進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，平均逃生時(shí)間越能被縮短。另外，本文提出了具有優(yōu)先方向選擇的博弈逃生模型，根據(jù)該模型本文驗(yàn)證了在長(zhǎng)方形和正方形的房間中門(mén)設(shè)置在墻中間地段最有利于逃生，其中長(zhǎng)方形房間對(duì)應(yīng)的是長(zhǎng)邊的中間地段。同時(shí)，