Detecting the Collapse of Cooperation in Evolving Networks
结构化的生物、社会、经济和生态社区的可持续性往往取决于合作和自私个体（骗子）之间社会冲突的结果。作弊者避免了为社区做贡献的成本，偶尔会在人群中传播，导致合作的完全崩溃。虽然这种崩溃往往出乎意料地展现出关键转变的特征，但人们是否能在不断发展的社区中发现作弊者入侵和失去合作的风险不断上升，这一点尚不清楚。在这里，我们结合动态网络和演化博弈论来研究合作的突然丧失作为一个关键的过渡。我们估计了在逐渐变化的条件下引入单个作弊者后合作崩溃的风险。我们观察到，随着崩溃风险的增加，作弊者从社区中被淘汰所需的平均时间会系统性地增加。我们根据社区结构和组成的变化来检测这种风险。尽管如此，可靠的检测取决于控制作弊者在社区中如何进化的机制。我们的研究结果表明，在不断发展的社区中，
2016-02-11 physics.soc-ph q-bio.PE
Social Evolution: New Horizons
合作是一种普遍存在的自然现象，但当前的进化思维却被自私竞争的范式所主导。最近在生物学和非线性物理学的许多前沿的进展正在帮助将合作带到适当的位置。在这方面的贡献，最重要的争议和开放的研究途径在社会进化领域进行了审查。有人认为，社会进化的新理论必须将复杂系统科学的概念与达尔文传统的概念相结合。目前的基因中心的方法应该进行审查和补充的证据，从多层次的现象（群体选择），生物动力系统的非线性性质和耗散现象的涌现性质的约束。
2014-06-12 q-bio.PE
The rules of multiplayer cooperation in networks of communities
本文研究社区组织与行为涌现的相互作用，通过建模移动结构化种群推导出高归巢保真度下的进化动力学方法，揭示了不同社会困境下社区网络中多人合作的演化规则与稳定性条件。
2024-08-27 physics.soc-ph q-bio.PE
Evolution of specialized microbial cooperation in dynamic fluids
在这里，我们研究进化的专业化使用现实的计算机模拟细菌分泌两个公共产品的动态流体。通过这种第一性原理的方法，我们发现物理因素，如扩散，流动模式和衰减率是一样有影响力的健身经济学在治理社区结构的演变，在某种程度上，当机械因素考虑在内，（1）通才社区可以抵制成为专家，尽管入侵适合专业化，（2）尽管存在搭便车的入侵适应性，通才和专家都能抵抗作弊者。（3）尽管存在竞争排斥的对抗力量，多种社区结构可以共存。我们的研究结果强调的作用，空间分类和物理力量的生态位分区和不同的社区结构的演变。
2020-01-30 physics.bio-ph q-bio.PE
Theory of cooperation in a micro-organismal snow-drift game
我们提出了一个平均场模型的微生物群落的相图，通过他们的新陈代谢，使他们的相互作用，实际上，在一个合作的社会游戏。我们表明，作为一个功能的营养物质葡萄糖和组氨酸的浓度，社会经历了一个相变分离的状态，其中一个菌株是占主导地位的状态，其特征在于共存的人口。我们的结果与最近的实验结果吻合良好，正确地预测定量趋势和相图。
2011-08-06 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.PE
The Replicator Dynamics for Multilevel Selection in Evolutionary Games
我们考虑一个随机模型的群体结构的人口，其中群体成员之间的相互作用对应的囚徒困境或鹰鸽博弈的演变。选择在两个组织层面上进行：个体根据个人收益与同伴群体成员竞争，而群体也根据群体成员的平均收益与其他群体竞争。在囚徒困境中，这在两个选择层次之间产生了一种张力，因为在个体层次上，背叛者更受青睐，而在组间层次上，至少有一些合作者的群体表现优于背叛者群体。在无限群大小和无限群数目的限制下，我们得到了一个非局部偏微分方程，它描述了种群中群组成的概率分布。对于特殊的家庭的支付矩阵，我们的方程的解决方案的长期行为的特征，找到一个阈值水平的组间选择需要维持密度稳定状态和生存的合作。当所有的合作者群体是最适合的，在稳定状态下的平均和最丰富的群体组成范围从具有所有的叛逃者群体时，个人层面的选择占主导地位，以具有所有的合作者群体时，群体层面的选择占主导地位。当最合适的群体中有合作者和背叛者的混合时，平均和最丰富的群体组合总是具有比最优组合所需的更小比例的合作者，即使在群体水平选择比个体水平选择强得多的极限下。在这样的情况下，两个选择层次之间的冲突就无法解耦，而当群体间的竞争倾向于合作者和背叛者的均衡组合时，合作就根本无法持续。
2018-12-16 math.AP math.DS q-bio.PE
Emergence of self-reinforcing information bottlenecks in multilevel selection
我们解释了生物系统的等级组织是如何在进化过程中自然出现的，通过个体单位的转变。我们将展示这些转变是如何在不同的组织层次上相互竞争的选择性力量的结果，每个层次都有不同的个性单位。这种转变代表了进化过程中的一个奇点，我们将展示它对应于信息编码方式的相变，并形成了自我强化的信息瓶颈。我们提出了一个抽象的模型来描述这些过渡，这是相当普遍的，适用于许多不同版本的这种过渡。作为一个具体的例子，我们考虑向多细胞的过渡。具体来说，我们研究了一个随机模型，其中相互作用的个体（例如细胞）的孤立社区经历了一个过渡到高阶个体（例如多细胞）。这种转变是由细胞的数量显着减少，用于产生新的社区从预先存在的。从这个意义上说，群落开始通过减少细胞数量作为一个整体进行繁殖。我们发现，这种过渡的健身障碍强烈降低水平基因转移。这些特征抓住了向多细胞过渡的两个最突出的方面：发育过程的进化和通过单细胞瓶颈的繁殖。
2015-06-15 q-bio.PE
Exploring the Evolution of Altruistic Punishment with a PDE Model of Cultural Multilevel Selection
本文提出一个文化多层级选择的PDE模型，结合利他惩罚与成对群体竞争，发现其长期集体收益对惩罚强度呈非单调依赖，为理解合作演化提供新视角。
2024-12-18 physics.soc-ph q-bio.PE
Mesoscopic structure conditions the emergence of cooperation on social networks
我们研究了两个从实际关系数据中获得的社交网络上的进化囚徒困境。我们发现他们每个人都不能很容易地理解在这两个网络的全球统计特性方面的合作水平非常不同。我们认为，通过研究网络的社区结构，可以在介观尺度上理解这一结果。我们解释的诱惑参数的内部结构的社区和他们的相互联系方面的合作水平的依赖。然后，我们在社区结构的，专门设计的人工网络上测试我们的结果，发现与真实网络中的观察结果完全一致。我们的研究结果支持这样的结论，即模型网络上的进化博弈研究及其在全局属性方面的解释可能不足以研究具体的、真实的社会系统。此外，社区的角度可能有助于解释现有网络的起源和行为，以及设计结构，表现出弹性的合作行为。
2007-04-11 cond-mat.stat-mech math-ph math.GM
Evolution of direct reciprocity in group-structured populations
人们倾向于与自己社区的成员进行社交互动。这种群体结构的互动会对行为的演变产生深远的影响。群体结构影响人们合作的方式，以及他们如何回报彼此的合作行动。过去的研究表明，人口结构和互惠都可以促进合作的演变。然而，这些机制的影响通常是孤立研究的。在这项工作中，我们研究这两种机制如何相互作用。使用博弈论模型，我们探讨了人们如何参与互惠合作的群体结构的人口，相比，混合人口的规模相等。为了得到分析结果，我们集中在两个场景。在第一种情况下，我们假设时间尺度完全分离。与组间比较相比，突变是罕见的，与组内比较相比，突变本身是罕见的。在第二种情况下，存在时间尺度的部分分离，其中突变和组间比较以可比的速率发生。在这两种情况下，我们发现人口结构的影响取决于合作的好处。当这种好处很小时，群体结构的人群更合作。但是当利益很大时，混合良好的种群会导致更多的合作。总的来说，我们的研究结果揭示了群体结构如何有时能增强有时能抑制合作的演变。
2022-07-28 q-bio.PE
Homogeneous and Heterogeneous Response of Quorum-Sensing Bacteria in an Evolutionary Context
解释合作的稳定性是进化理论的中心任务。我们调查这个问题的情况下，群体感应（QS）细菌，调节合作性状，人口密度。合作的模式是囚徒困境，其中个人产生一个昂贵的公共产品（PG），平等地受益于一个社区的所有成员分为多个，不同的补丁（多级选择）。成本和效益是PG生产的非线性函数。进化稳定性的分析产生了一个优化问题的表达PG在一个殖民地内的QS个人的数量的依赖。我们发现，最佳的总PG生产的QS人口主要取决于形状的利益。一个分级和开关样的反应是可能的，根据早期的结果。有趣的是，在单个单元格的水平上，QS响应由成本的形状决定。如果成本是PG生产率的凸函数，则所有QS个体的反应都是均匀的;如果成本是凹函数，则它们的反应不均匀，具有不同的ON/OFF反应。后一个发现与最近的实验结果是一致的，并且与QS作为建立细菌群体的均匀、同步响应的机制的通常解释相矛盾。
2019-05-01 q-bio.PE
The structure of multiplex networks predicts play in economic games and real-world cooperation
解释为什么人类在匿名环境中合作是人类行为生态学，文化进化和相关领域的主要目标。在匿名情境中，预测合作的因素在不同人群、不同分析水平和不同游戏中是不一致的。例如，市场整合是跨民族语言群体的关键预测因素，但在个人层面上的预测能力不一致。我们采用了19世纪社会学中的一个观点：在社区成员之间的联系重叠更大的社会中（涂尔干的“机械”团结），人们将与他们的网络合作伙伴进行更多的合作，而不是在匿名环境中，而不是在重叠较少的社会中（“有机”团结）。这一假设可以在个人和社区层面进行检验，它假定这两种类型的社会在保持现有关系而不是招募新伙伴的重要性方面有所不同。使用多路复用网络，我们测试这个想法，通过比较合作的倾向，在匿名的实验游戏和现实生活中的公共劳动任务在圭亚那的9个Makushi村庄，不同的程度内村重叠。在一个村庄的平均重叠预测现实世界的合作和匿名的相互作用在预测的方向，个人重叠也有预期的方向的影响。这些结果揭示了在个人和地方层面上合作倾向的一致模式，并有助于对人类合作规范的出现进行辩论。多重重叠可以帮助我们理解匿名背景下合作的先前研究中的不一致之处，并且是一个未探索的维度，在多个分析层次上具有解释力。
2020-12-14 econ.GN q-bio.PE q-fin.EC
Formation of human kinship structures depending on population size and cultural mutation rate
本研究构建考虑亲属合作与性竞争的亲属互动模型，通过多层进化模拟揭示亲属结构的涌现规律，阐明人口规模、文化突变率对结构形成的影响，为理解人类社会结构形成提供跨学科因果机制。
2024-07-15 physics.soc-ph q-bio.PE
Notes from the Greenhouse World: A Study in Coevolution, Planetary Sustainability, and Community Structure
本文探讨了共同进化和治理的共同商品使用模型的共同进化的生物圈，适应人口必须集体调节他们的星球的气候或面临灭绝。这些结果支持盖亚假说，反对基于公地悲剧的挑战：模型生物通常能够共同努力维护共同利益（合适的气候），而不会被“搭便车者”破坏。“出现了一种长期的动态，无法维持盖娅合作的社区让位于能够维持合作的社区。这一结果提供了一个论点，为什么盖亚的情况下，一般应该观察，而不是一个悲剧的公地的情况。其次，仔细研究社区如何失败，可以发现失败并不符合公地悲剧的框架，而更好地描述为不同立场的政党之间的冲突，对系统的不同方面拥有权力。在Norgaard的工作背景下，所有这些观察都可以被解读为与社会社区以及生态社区相关的共同进化的叙述，与共同治理的悲观情景形成对比，并支持尊重传统安排和限制干预。
2009-10-14 q-bio.PE
Cooperation, competition and the emergence of criticality in communities of adaptive systems
近年来，生命系统可以从临界点附近的操作中受益的假设已经获得了动力。临界性可以在极度有序和过于嘈杂的状态之间实现最佳平衡。我们在这里提出了一个模型，基于信息理论和统计力学，说明如何以及为什么一个社区的代理人旨在相互理解和沟通收敛到一个全球一致的状态，其中所有的个人都接近内部的临界状态，即在秩序和混乱之间的边界。我们研究-分析和计算-的情况下，临界是最好的可能的结果的动态过程，确认收敛到临界点在非常一般的条件下。最后，我们分析了合作的效果（代理商试图提高不仅自己的健身，但也有其他个人）和竞争（代理商试图提高自己的健身和减少竞争对手）在我们的设置。结论是，虽然竞争促进了临界性，但合作阻碍了临界性，并可能导致更有序或更无序的共识解决方案。
2016-03-22 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Rewarding evolutionary fitness with links between populations promotes cooperation
研究了囚徒困境和公共物品博弈中的合作演化问题，其中最初的参与者属于两个独立的结构种群。在策略进化的同时，当前效用超过阈值的玩家通过外部链接奖励给属于其他种群的玩家。然而，一旦实用程序下降到阈值以下，外部链接就会终止。因此，当前进化适应性的奖励在两个种群之间引入了随时间变化的相互依赖性。我们发现，无论进化博弈和互动结构的细节，健身和奖励的自组织产生了杰出的球员，作为合作行为的强催化剂。然而，也存在关键的效用阈值，超过该阈值，杰出的玩家不再能够渗透。然后，两个群体之间的相互依赖消失了，合作者被迫只依赖传统的网络互惠。因此，我们证明，一个简单的策略独立的奖励形式可能会显着扩大结构化人口的合作范围。在人类社会中，一个人通常是许多不同社交网络的成员，因此在直接社区之外形成联系似乎特别适用。
2014-04-03 cs.SI physics.soc-ph q-bio.PE
Reconciling cooperation, biodiversity and stability in complex ecological communities
经验观察表明，生态群落可以有大量的共存物种，也有很少或有限数量的资源。这些生态系统的特点是多种类型的相互作用，特别是表现出合作行为。然而，基于Lotka-Volterra方程的种群动力学的标准模型预测，生态系统的稳定性应该随着群落中物种数量的增加而降低，并且合作系统比仅具有竞争和/或剥削相互作用的群落更不稳定。在这里，我们提出了一个随机模型的种群动力学，其中包括剥削的相互作用，以及合作的相互作用引起的交叉喂养。通过对模型的精确求解，得到了相应的宏观生态格局，如物种多度分布和相关函数。在大的系统规模限制下，任何数量的物种都可以共存于一个非常普遍的相互作用网络，并且稳定性随着物种数量的增加而增加。对于纯粹的互惠/互利的相互作用，我们确定的拓扑性质的网络，保证物种共存。我们还表明，定态是全球稳定的，推断物种之间的相互作用，通过物种丰度的相关性分析可能会产生误导。因此，我们的理论方法表明，适当的合作模式自然会导致解决长期存在的问题的复杂性-稳定性悖论和高度生物多样性的社区如何共存。
2018-05-17 math.PR q-bio.PE
Reconciling cooperation, biodiversity and stability in complex ecological communities
经验观察表明，生态群落可以有大量的共存物种，也有很少或有限数量的资源。这些生态系统的特点是多种类型的相互作用，特别是表现出合作行为。然而，基于Lotka-Volterra方程的种群动力学的标准模型预测，生态系统的稳定性应该随着群落中物种数量的增加而降低，并且合作系统比仅具有竞争和/或剥削相互作用的群落更不稳定。在这里，我们提出了一个随机模型的种群动力学，其中包括剥削的相互作用，以及合作的相互作用引起的交叉喂养。通过对模型的精确求解，得到了相应的宏观生态格局，如物种多度分布和相关函数。在大的系统规模限制下，任何数量的物种都可以共存于一个非常普遍的相互作用网络，并且稳定性随着物种数量的增加而增加。对于纯粹的互惠/互利的相互作用，我们确定的拓扑性质的网络，保证物种共存。我们还表明，定态是全球稳定的，推断物种之间的相互作用，通过物种丰度的相关性分析可能会产生误导。因此，我们的理论方法表明，适当的合作模式自然会导致解决长期存在的问题的复杂性-稳定性悖论和高度生物多样性的社区如何共存。
2018-05-16 physics.bio-ph q-bio.PE
A scaling law of multilevel evolution: how the balance between within- and among-collective evolution is determined
本研究通过数学分析和模拟揭示，在层级组织的生命系统中，群体内与群体间进化的平衡遵循标度律$Nm^α$为常数，为理解欺骗与利他主义的进化条件提供了新见解。
2021-10-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.PE
The Evolution of Altruistic Rationality Provides a Solution to Social Dilemmas via Rational Reciprocity
Max Planck Institute of Animal Behavior（德国马克斯·普朗克动物行为研究所）；Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour, University of Konstanz（康斯坦茨大学集体行为高级研究中心）；Department of Biology, University of Konstanz（康斯坦茨大学生物系）
本文通过理性互惠机制，探讨了理性利他主义在解决社会困境中的作用，展示了其在合作进化中的有效性。
2025-07-01 cs.GT physics.soc-ph q-bio.PE
How to measure group selection in real-world populations
多级选择和合作的进化是形成更高层次的组织和生物复杂性进化的基础，但这些概念是有争议的，在自然种群中知之甚少。群体选择的理论原则在理想化模型中得到了很好的发展，其中一个群体被整齐地划分为多个半隔离的子群体。但是，由于这种模型可以解释为个人选择考虑到本地化的频率依赖的影响，一些人认为，提供的群体选择的概念，即使在理想的情况下，是多余的，在自然条件下，群体没有很好地定义，一个群体选择框架是完全不适用的。然而，这并不一定意味着自然种群不会受到一些有趣的局部频率依赖效应的影响-但我们如何在现实条件下正式量化这一点？在这里，我们专注于存在的辛普森的Paradian，虽然当地的合作者的比例下降，在所有的位置，全球合作者的比例增加。我们在一个简单的基于个体的细菌生物膜生长模型中说明了这一原则，并讨论了从理论到测量组选择实践的各种复杂因素。
2012-08-02 q-bio.PE
