基于博弈理论的复杂系统合作演化研究

基于博弈理论，定量理解社会和金融复杂系统中个体和群体的合作行为，有着重要的科学价值和应用前景。譬如对金融市场经纪人博弈过程中合作的稳定性分析有利于评估潜在的金融风险。对于社会复杂系统，本项目将利用统计物理的方法研究自适应迁移和收益差异性对个体和群体的合作演化动力学及其稳定性的影响。对于金融复杂系统，本项目将通过设计经纪人博弈模拟实验获取大量数据进行实证研究和统计分析，从微观角度定量研究经纪人之间的合作行为。基于实证研究所发现的规律，建立动力学演化模型，研究这些规律可能的生成机制和演化机理。最后，总结出有意义的社会和金融复杂系统中合作演化的规律并应用于真实金融市场的风险评估。

复杂系统中的合作演化往往是由多种机制共同驱动，各种机制存在复杂相互作用。针对网络利他和惩罚机制，我们突出群体网络间的链接和惩罚强度这两个主要的影响因素, 同时考虑合作行为的传播特性对复杂系统中的合作演化从以下五个方面进行了深入探讨。第一，通过建立博弈模型，我们研究了群体内部和群体间的合作行为。发现网络间的链接对大规模相互依存网络中的合作行为传播至关重要。适当的网络间链接能够最大程度的促进合作。原因在于，具有网络间链接的节点更倾向于选择合作策略。该项工作发表在Nature旗下期刊 Scientific Reports。第二，通过设计真人博弈实验，我们定量研究了惩罚强度对合作行为的影响。当合作易于维持的时候，轻罚就能收到很好的效果，而在合作难于维持的时候，重罚能够收到好的效果。谓之，盛世施仁政，乱世用重典。研究论文发表在在国际著名期刊PLoS ONE。第三，我们研究了社会网络结构对合作稳定性的影响，发现少量随机断开网络连边对合作的影响不大，但重要链路的断开会对体系的合作造成极大的破坏。我们还发现适当的连边重连能够促进合作，原因在于，适当的连边重连能够产生的反馈促进合作行为的传播。这两项工作均发表在《欧洲物理快报》（EPL）。第四，我们研究了策略传播以及空间自组织斑图，发现随着策略竞争强度的增大，单个的螺旋波破碎成许多小的螺旋波。该项关于竞争强度对策略传播过程动力学的影响的研究论文在2011年发表在《物理评论E》，被SCI论文引用16次，他引15次；为本研究领域权威学者G. Szabó和E. Frey的论文引用。最后，通过对中国股票市场中大量投资者的股票交易数据进行统计分析，我们发现个体买入和卖出股票的时间间隔分布具有非泊松特性。综上所述，经过本课题组成员积极努力，圆满完成了《资助项目计划书》中所提出的研究内容，其中选择网络利他、惩罚机制以及金融复杂系统中的非泊松投资行为等研究方向较好的扩展了原计划研究内容。发表论文13篇，其中SCI论文在国内外重要物理学期刊（均为SCI核心期刊）上发表9篇论文。