非对称合作系统中集体性奖惩机制的研究

Explaining the evolution and maintenance of cooperation is a fundamental scientific problem that has yet to be fully resolved. The classical theories are based on assumption that partners interact symmetrically and dominant individuals have cognitive abilities to discern cooperators and non-cooperators. However, it was found that the interaction are often asymmetric and many organisms do not have the capacities to discriminate less cooperating individuals in most real cooperation systems. As a result, punishment or reward behavior is usually imposed on all players rather than specific defectors or cooperators. This project will combine mathematical model, experimental ecology and experimental economics methods to explore how the collective punishment\reward and the asymmetric interaction together affect the evolution of cooperation and its stability. Based on this research, we will provide a theoretical explanation for cooperation stability of the asymmetric systems when individuals do not show signs of using any discrimination process. Our work may provide some inspiration for understanding market behavior, ecological conservation, and other fields.

合作系统的演化和维持机制一直是生物学家、社会和经济学家关心和研究的重要问题。经典合作演化理论都暗含合作双方相互作用的对称性以及系统中奖惩实施方具有识别投机个体能力（惩罚不合作个体，奖励合作个体）的前提假设，但越来越多的证据表明大多合作系统中合作双方处于一种非对称性相互关系，并且个体不具备识别能力，而此时的奖惩行为将针对每个个体而不是针对某个具体个体，即具有集体性。考虑到现实合作系统中集体奖惩机制的存在以及非对称相互关系，本项目拟以理论建模与实验生态学、实验经济学相结合的方法，运用博弈论中非对称性原理、微分/差分方程理论及统计理论建立数学模型，并结合计算机模拟，探讨集体性奖惩机制对非对称合作系统演化的作用，试图揭示非对称系统中合作行为的演化动力、系统维持机制及稳定性条件。该研究将会为不具识别能力非对称合作系统的稳定维持提供理论解释，并可能对生态保护、企业与市场行为等领域的研究提供一定的启示。

合作行为的演化和合作系统的稳定性维持机制一直是社会学、经济学和生物学关注的热点研究问题。在合作行为演化研究中，奖惩机制发挥着重要作用。注意到现有的奖惩机制大多设定实施方应具有识别投机个体的能力。事实上，越来越多的证据表明大多合作系统中呈现的奖惩行为并非针对某个个体，而是具有集体性特征。为此，本项目根据榕树-榕小蜂等合作系统相关实验结果的启示，提取关键的合作系统演化参数，并将集体奖惩性机制内化为模型参数，建立了具有集体性机制的非对称合作演化模型。通过模型分析和数值模拟探讨了非对称性和奖惩性机制在非对称合作系统中的作用。模型结果显示在合作的成本收益比一定的条件下,“集体性奖惩机制”能有效促进系统中个体间的合作水平的提高；并且在促进合作行为演化方面集体惩罚机制比集体奖励机制作用更明显；同时，在具有非对称策略集的合作系统中,“合作困境”将得到有效缓解，即博弈双方之间策略的非对称导致了系统出现多重均衡状态：占优、双稳及共存状态；此外，为了研究集体性奖惩机制对自然界种群性比策略选择的影响，本项目提出一种基于价格弹性理论的性比模型，模型结果显示两性之间性别比弹性水平的差异性可导致自然界三种不同的性比策略选择(偏雄性比，偏雌性比及中性性比)。项目组还对非对称博弈模型均衡解的相关问题进行了研究，相关结果保证了模型数值模拟的真实性与可靠性。综上，项目研究结果阐明了集体性奖惩机制对非对称合作系统演化的作用机理，为不具识别能力非对称合作系统的稳定维持提供了可能的理论解释，并对生态保护、企业与市场行为等领域的研究具有一定的启示。在此项目资助下，我们共完成研究论文20篇，其中已发表论文18篇(其中12篇发表在SCI收录杂志)，另有2篇论文已投出，正在审稿中。