Evolutionary foundations of cooperation and group cohesion
在生物学中，日益合作的群体的进化塑造了生命的历史。基因在控制细胞方面相互协作;细胞有效地分工以产生有凝聚力的多细胞个体;昆虫群体的个体成员在整合的社会中合作。生物合作提供了理解人类行为的基础。从概念上讲，有效分配的经济学和类似博弈的策略过程在生物学中得到了很好的理解;我们在许多成功的人类社会性理论中发现了同样的基本过程。从历史上看，生物进化的痕迹以两种方式提供信息。首先，生物合作中的进化转变提供了对经济和战略过程如何随着时间的推移而发挥作用的洞察力--这是一个类比的来源，当经过深思熟虑地应用时，有助于分析人类的社会性。第二，人类起源于生物学历史--一种对过去的真实描述，它告诉我们很多关于人类行为的物质基础。
2011-12-13 q-bio.PE
Biology is a constructive physics
Yuri Manin的Zipf定律（Kolmogorov复杂性作为能量）被应用于生物进化的研究。提出了一种将复杂度作为能量贡献的构造性统计力学模型来对基因组学进行建模。基因组学中的标度律与齐普夫定律有关。这给出了尤金·库宁的第三次进化合成模型（应该描述基因组学缩放的物理模型）。
2018-08-11 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Chemical Heredity as Group Selection at the Molecular Level
在生物学中有许多合作的例子。然而，在化学系统中，有时可能非常复杂，我们似乎没有观察到复杂的合作相互作用。生命起源的一个关键问题是，在生物复制出现之前，分子合作如何首先出现在非生物系统中。我们假设，分子水平上的选择是化学系统复杂化背后的驱动力，特别是在生命起源期间。在多层次选择理论中，两种选择力量是：组内和组间，前者倾向于“自私”的个体复制，后者倾向于个体之间的合作，以增强整个群体的复制。这些力量可以用普赖斯方程来量化，普赖斯方程是进化生物学中用来量化进化变化的标准工具。我们的中心主张是，复制和遗传在化学系统中是受选择，和量化使用多级价格方程。我们证明了这一点，使用分级自催化复制域计算机模型，描述简单的原始细胞组成的分子和它的复制，分别类似于群体和个人。与以前对该模型的处理相反，我们将脂质分子本身视为复制个体，并将它们形成的原始细胞视为个体组。我们的目标是展示如何进化生物学工具和概念可以应用于化学，我们认为，分子合作可能会出现由于组选择。此外，父母后代的生物学关系被认为是类似于化学中的反应产物关系，从而允许将进化生物学的工具应用于化学，并加深化学和生物学之间的联系。
2018-02-22 q-bio.PE
Leveraging massively parallel reporter assays for evolutionary questions
进化生物学的一个长期目标是解码基因调控过程如何促进生物多样性，无论是在物种内部还是物种之间。这个问题仍然是具有挑战性的回答，由于预测功能的非编码序列的困难，并与非模式类群的实验室研究的技术限制。然而，功能基因组学的最新方法学发展，大规模平行报告分析（MPRA），使得在一个单一的体外实验中测试数千到数百万个序列的调节活性成为可能。它通过结合传统的单基因座附加型报告基因测定（例如，荧光素酶报告基因测定）与高通量测序的可扩展性。在这个角度来看，我们讨论了执行，优点和限制的MPRA在进化生物学研究。我们回顾了最近的研究，利用这种方法来解决明确的进化问题，突出的研究设计，我们认为是特别好的定位，以获得MPRA的方法。此外，我们还提出了将这些强大的检测方法扩展到稀有类群和基因组资源有限的类群的解决方案。在这样做的过程中，我们强调了MPRA在推动非传统模式生物基因组规模的功能进化遗传学研究方面的广泛潜力。
2022-04-12 q-bio.GN q-bio.PE
Is Adaptive Landscape in Biology a Metaphor or a Quantitative Concept? or Both?
一些生物学家接受赖特的适应性景观的想法，认为这是演化动力学中最深刻的概念之一。有些人则不这么认为，他们认为“存在这样一个数量的想法仍然是对进化论最普遍的误解之一。“这两个群体通常相互之间的沟通非常有限。有时这种隔离是好的，因为它可以在恶劣的环境中保护萌芽的想法。由于过去几年的理论和实验进展，可能已经到了认真考虑这两方面的时候了。这封信是弥合这一差距的一个小小的尝试。
2007-03-23 q-bio.PE
Feller's Contributions to Mathematical Biology
这是一个审查威廉费勒的重要贡献，数学生物学。开创性的论文[Feller 1951]“遗传学中的扩散过程”对进化生物学界面上的随机过程的发展特别有影响，和有趣的想法（包括现在被称为“Feller分支扩散”的第一个特征）已经在论文中形成[Feller 1939]（写在德国）“的基础上probabistic治疗沃尔泰拉的理论的斗争的生活”。Feller的文章“论适应度和自然选择的代价”[Feller 1967]包含了对“遗传负荷”概念的批判性分析。
2015-01-21 math.HO math.PR q-bio.PE
Generalising the Central Dogma as a cross-hierarchical principle of biology
本文提出将中心法则推广为信息传递与表达的分工，统一跨生物尺度视角，并借助数学模型揭示其源于进化冲突驱动的自发对称性破缺。
2025-08-06 cond-mat.other nlin.AO physics.bio-ph
Are there laws of genome evolution?
定量进化基因组学和系统生物学的研究发现了几个连接基因组和分子表型变量的通用变量。这些共性包括：同源基因进化速率的对数正态分布;各种生物网络中旁系同源家族规模和节点度的幂律分布;基因序列进化速率与表达水平之间的负相关性;基因功能类与基因组大小的差异标度。基因组进化的普遍性可以用简单的数学模型来解释，类似于统计物理学中使用的模型，比如出生-死亡-创新模型。这些模型没有明确纳入选择，因此，观察到的普遍性不似乎是由选择塑造，而是基因集合的涌现属性。虽然进化生物学的完整物理理论是不可想象的，但基因组进化的普遍性可能符合“进化基因组学定律”，就像现代物理学中理解的“定律”一样。
2011-08-17 q-bio.GN q-bio.MN q-bio.PE
The Neoplasia as embryological phenomenon and its implication in the animal evolution and the origin of cancer. II. The neoplastic process as an evolutionary engine
Federal University of Santa Catarina（圣卡塔琳娜联邦大学）
本文提出肿瘤过程具有深厚的进化根源，探讨其与原始胚胎形成及多细胞生物进化的关系，揭示肿瘤机制与进化生物学的紧密联系。
2022-09-27 physics.bio-ph q-bio.PE q-bio.TO
Fruit flies and moduli: interactions between biology and mathematics
使用几何和拓扑来分析生物学中的统计问题的可能性在几何、概率、代数和组合学中提出了许多新的问题，这些问题表明了生物学影响纯数学未来的力量。这篇简短的文章是通过一些生物学的探索和他们的数学分支之旅。本文从果蝇翅静脉中新的拓扑特征的进化开始，使用多参数持续同源的代数结构对其进行量化。所涉及的统计问题突出了从模空间采样的数学含义。这些导致几何概率分层空间，包括粘性现象的弗雷歇手段和起源这一数学领域的重建系统发育树。
2015-08-21 math.AG math.PR q-bio.PE
Life is physics: evolution as a collective phenomenon far from equilibrium
进化是产生生物现象的基本物理过程。然而，它被广泛视为群体遗传学的一个子集，因此它的范围被人为地限制。因此，进化发生的速度以及它与生态学的耦合等关键问题还没有得到令人满意的解决和阐述。对进化过程缺乏广泛的认识和理解，可以说阻碍了生物学作为一门科学的发展，给它在医学、生态学和全球环境中的应用带来了灾难性的后果。这篇评论的重点是进化作为一个问题，在非平衡统计力学，其中的关键动力学模式是集体的，证明了过多的移动遗传因素，其作用在塑造进化已被现代基因组调查。我们将讨论凝聚态物理学概念如何在进化生物学中提供一个有用的视角，现代进化综合的概念缺陷，复杂性的开放式增长，以及演化动力学典型的自我参照性质。
2010-11-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Evolutionary game theory: Temporal and spatial effects beyond replicator dynamics
进化博弈动力学是从生物学到经济学等不同学科研究进化的最富有成效的框架之一。在这种背景下，许多研究人员选择的方法是所谓的复制子方程，它从数学上描述了这样一种观点，即表现更好的个体拥有更多的后代，因此他们在种群中的频率会增加。虽然在这个方程首次提出以来的三十年里，已经获得了很多有趣的结果，但重要的是要认识到它的适用性的局限性。在这方面，一个特别相关的问题是非平均场效应，它可能产生于时间波动或空间相关性，而这两者在复制子方程中都被忽略了。这篇评论讨论了这些时间和空间的影响，重点是非平凡的修改时，它们引起的复制动力学的结果相比。在此基础上，分析了线性假设及其与策略更新规则选择的关系。讨论中提出的合作的出现，在生物学和其他学科的当前关键问题之一。
2009-11-09 cs.GT physics.soc-ph q-bio.PE
The Genetic Code Paradox: Extreme Conservation Despite Demonstrated Flexibility
本文针对遗传密码在已证实可灵活改变的情况下仍被99%生命极度保守的悖论，提出可检验预测以区分网络效应、隐藏优化参数或计算架构约束等可能解释。
2025-07-01 q-bio.PE
Physical foundations of biological complexity
生物系统达到了层次复杂性，在生物学领域之外没有对应物。毫无疑问，生物实体遵守基本的物理定律。今天的物理学能为理解生物复杂性的进化提供一个解释性的框架吗？我们认为，理解复杂性的起源和演化的物理基础可以设想在玻璃状介质中导致斑图形成的受抑态理论和自组织临界性（SOC）理论之间的界面。一方面，SOC已被证明出现在高维度的自旋玻璃系统中。另一方面，SOC通常被认为是生物学中进化转变的最合适的物理描述。我们统一了这两个方面的SOC显示，在生物进化中的复杂功能的出现通常，如果不总是由挫折感，这是由不同的组织层次的竞争相互作用引起的。竞争性互动和沮丧状态渗透到生物学的各个组织层面，并与无处不在的资源竞争紧密相连。这种观点从玻璃中发生的相对简单的现象延伸到生物进化的大规模事件，例如主要的进化转变。因此，我们认为，在多维系统中相互竞争所造成的挫折是生物学领域内外复杂性出现背后的一般驱动力。
2018-03-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Evolutionary Dynamics with Randomly Distributed Benevolent Individuals
本研究探讨了在度数为k的正则图上，引入向邻居提供固定收益且不随时间演化的仁慈策略后，如何促进合作行为的演化动力学，并得出了促进合作的简单规则，为结构化种群中的合作演化提供了新见解。
2023-12-30 physics.soc-ph q-bio.PE
Physical principles underpinning molecular-level protein evolution
该研究通过区分趋同与趋异进化模型，分析了控制蛋白质分子水平进化的多种因素，初步揭示了热力学假说（Anfinsen法则）与蛋白质进化的紧密关系，为解决关键进化生物学挑战提供了新思路。
2024-12-19 q-bio.BM q-bio.PE
Origin of life from a maker's perspective -- focus on protocellular compartments in bottom-up synthetic biology
Max Planck Institute for Dynamics of Complex Technical Systems（马克斯·普朗克复杂技术系统动力学研究所）；Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Max Planck Institute of Biochemistry（马克斯·普朗克生物化学研究所）
生命的起源笼罩在神秘之中，几乎没有幸存的线索，被进化竞争所掩盖。以前的评论已经触及自上而下和自下而上的合成生物学的互补方法，以增加我们对生命系统的理解。在这里，我们指出了这些领域之间的协同作用，特别是自下而上的合成生物学和生命起源研究之间的协同作用。我们探讨了最近在人工细胞区室化方面取得的进展，这些进展与拥挤的细胞，其代谢以及生长和分裂的周期相一致，以及这些努力如何开始结合。虽然现代生命的复杂性是其最显著的特征之一，但生命的基本特征都不需要它，而且它们不太可能从一开始就如此复杂。当前的研究不是恢复在时间中丢失的一个真正的起源，而是通过梳理复杂性和进化如何从一组基本组成部分中产生来重现最小生命的出现。
2022-07-14 cond-mat.soft cs.RO nlin.AO
Reconstruction of Network Evolutionary History from Extant Network Topology and Duplication History
全基因组范围的蛋白质相互作用（PPI）数据是现成的，这要归功于最近在生物技术上的突破。然而，现存生物的PPI网络只是网络进化的快照。如何推断整个进化历史成为计算生物学的一个挑战性问题。在本文中，我们提出了一个基于似然的方法来推断网络的进化历史的PPI网络的拓扑结构和复制关系之间的旁系同源。仿真结果表明，我们的方法优于现有的重建的准确性。此外，我们的方法估计的几个真实的PPI网络的增长参数与文献中预测的更一致。
2012-03-12 math.CO q-bio.MN q-bio.PE
Global View of Bionetwork Dynamics: Adaptive Landscape
在给定的动力学过程中量化适应性景观一直是理论生物学最重要的目标之一。它可以直接影响许多动力学性质，如鲁棒性和可塑性。基于最近的工作，我在这里给这个强大的生物学定量概念的非技术性的简要回顾。这个概念最初是由S Wright在70年前提出的，后来被分子生物学的创始人之一以及其他不同生物学背景的人重新引入。它显然被主流现代生物学家遗忘了很多年。目前，这一概念在系统生物学的发展和生物网络动力学建模中发挥着越来越重要的作用，从噬菌体λ基因开关到癌症发生和发展的内源性网络。它是描述生物网络鲁棒性和稳定性的理想量化指标。我将首先介绍生物学中关于这一概念的五个里程碑式的建议，以展示其理论生物学发展中的重要共同点。然后，我将讨论一些最近的结果，重点是工作显示的逻辑一致性的适应性景观。从一个科学家的角度来看，当面对经验数据时，动力学理论需要什么，适应性景观在隐喻和定量上都是有用的，它抓住了生物动力学过程的一个重要方面。然而，许多重要的开放性问题仍有待解决。掌握了这一重要问题，我们就可以预期，我们正走在正确的道路上，可以用定量的方式来表述达尔文和华莱士发现的演化动力学。
2009-02-05 q-bio.PE q-bio.QM
Environmental Evolutionary Graph Theory
了解环境对居住种群进化的影响是进化生物学的一个主要挑战。同质种群结构的研究取得了很大进展，而异质种群结构的研究相对较少。在这里，我们提出了一个结构化的人口模型，不同的个人最适合他们的环境的不同地区。底层结构是一个图：个体占据顶点，这些顶点由边连接。如果一个人适合他们的顶点，他们收到的繁殖力增加。这个框架允许注意力被限制在合适的栖息地的空间安排。我们证明了该模型的一些基本性质，并发现了一些反直觉的结果。值得注意的是，1）合适位点的排列与它们的比例一样重要，以及2）降低合适位点的比例可导致等位基因固定时间的减少。
2013-11-13 q-bio.PE
Statistical Physics of Evolutionary Trajectories on Fitness Landscapes
多维非线性景观上的随机游动在科学和工程的许多领域都很有意义。特别是，自适应轨迹的适应度景观的属性决定人口的命运，从而发挥了核心作用，在进化理论。适应度景观的拓扑结构及其对演化动力学的影响已经在文献中得到了广泛的研究。我们将调查目前在这一领域的研究知识，集中在最近开发的系统的方法来表征路径长度，平均首次通过时间，和其他统计的路径合奏。这种方法基于统计物理学的一般技术，适用于任意复杂性和结构的景观。它特别适合于量化随机轨迹的多样性和进化事件的可重复性。我们使用蛋白质进化的生物物理模型来证明这种方法，该模型描述了蛋白质如何在进化新功能的同时保持稳定性。
2013-05-06 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Reply to Commentaries on 'An Evolutionary Framework for Cultural Change: Selectionism versus Communal Exchange'
评论家们为文化如何演变的问题带来了丰富的新视角。他们的每一个不同的学科-从心理学到生物学到人类学到经济学到工程学-都对我们理解这个复杂的，多方面的话题做出了宝贵的贡献。虽然他们的意见绝大部分都支持我的做法，但这样的答复自然会集中在我与评论者意见不同的地方。...最后，我要说，我感谢评论员的不同观点和见解，他们对该项目的全面支持，以及对今后发展的启发性想法。显然，当我们继续探索文化如何演变时，有许多迷人的途径可以探索。
2019-06-30 nlin.AO q-bio.NC q-bio.PE
Ancestral Inference from Functional Data: Statistical Methods and Numerical Examples
许多生物学特征的进化兴趣不是标量变量，而是连续函数。在这里，我们使用系统发育高斯过程回归模拟功能值性状的演变。鉴于功能值的数据，只有从一个进化树的提示，并利用独立主成分分析（IPCA）作为一种方法，降维，我们构造分布估计祖先功能值性状，并估计参数描述其进化动力学。
2012-08-02 q-bio.PE q-bio.QM stat.ML
Limits on the Evolutionary Rates of Biological Traits
本文推导了自然选择、突变和遗传漂变下生物性状进化速率的不等式，将种群变异性与进化速度联系起来，并推广了 Fisher 基本定理。
2024-06-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Statistical mechanics of spatial evolutionary games
我们讨论了空间演化博弈中多个相互作用的参与者的随机动态的长期行为。特别地，我们研究了参与者数量和噪声水平对纳什均衡随机稳定性的影响。我们讨论了系统的相互作用的球员最大化他们的个人收益和粒子最小化他们的相互作用能之间的异同。我们使用统计力学的概念和技术来研究博弈论模型。为了得到结果的情况下，所谓的潜在的游戏，我们分析了热力学极限的相互作用粒子的适当的模型。
2004-09-24 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Hierarchical Conditioning of Diffusion Models Using Tree-of-Life for Studying Species Evolution
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University of California, Irvine（加利福尼亚大学欧文分校）；Tulane University（杜兰大学）；Battelle（巴特尔公司）；Duke University（杜克大学）；University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
本文提出Phylo-Diffusion框架，将生命之树的层级嵌入用于条件化扩散模型，并通过性状掩蔽与交换实验，从图像中可视化并揭示鱼类和鸟类的演化性状变异机制。
2024-07-31 cs.CV cs.LG q-bio.PE
Statistical Evolutionary Laws in Music Styles
如果一种文化特征在群体中传播时经过几代人的传递并受到随机选择的影响，那么它的进化可能受统计规律的支配，并且部分是可预测的，就像遗传进化一样。随着时间的推移，音乐呈现出稳定的风格变化，并从传统中发展出新的特征。最近的研究发现了音乐风格演变的趋势，但对它们与进化论的关系知之甚少。在这里，我们分析西方古典音乐的数据，并找到统计进化规律。例如，一些罕见的音乐事件（如不和谐音程）的频率分布表现出平均值和标准差的稳定增加以及它们的比率的恒定性。然后，我们研究了一个进化模型，其中创建者从过去的数据中学习他们的数据生成模型，并生成新的数据，这些数据将由评估者根据与过去数据的内容差异性（新颖性）和风格一致性（典型性）进行社会选择。该模型再现了所观察到的统计规律，并可以对独立音乐特征的演变做出重要的预测。此外，同一个模型，不同的参数化，可以预测日本的音歌音乐的演变，这是在不同的社会发展，有一个质的不同的演变趋势。我们的研究结果表明，音乐风格的演变可以部分地解释和预测的进化模型纳入统计学习，这可能是重要的其他文化和未来的音乐技术。
2019-11-05 physics.soc-ph q-bio.PE
Statistical Mechanics of Horizontal Gene Transfer in Evolutionary Ecology
生物世界，特别是其主要的微生物组成部分，是强烈的相互作用，并可能由集体效应主导。在这篇综述中，我们为统计物理学家简要介绍了活细胞通过转移基因进行遗传交流的方式，以及它们可以重组基因组以应对环境压力的方式。我们讨论了基因组进化如何被认为与退火的物理现象有关，并描述了基因组可以说是表现出类似的信息熵的意义。作为这些想法的直接应用，我们分析了海洋微生物基因组中转座子随海洋深度的变化，预测了与最近使用宏基因组调查观察结果一致的趋势。
2010-12-10 q-bio.PE
Survival of the simplest: the cost of complexity in microbial evolution
微生物和病毒生物的进化经常会产生克隆干扰，这是一种种群内遗传进化枝之间的竞争模式。在本文中，我们表明，干扰强烈约束进化系统的遗传和表型的复杂性。我们的分析使用生物药理学基础的生物体的定量分子表型，如折叠稳定性和酶活性的基因的进化模型。我们发现了一种被称为表型干扰的无性进化的通用模式，它对系统生物学具有强烈的影响：它将个体基因的稳定性和功能与种群的整体进化速度相结合。这种模式发生在适合微生物种群的广泛的进化参数范围内。它产生了针对基因组复杂性的选择，因为突变的适应性成本随着基因数量的增加而增加，而不是线性增加。交配可以产生一种独特的性进化模式，消除超线性成本。我们表明，积极的选择可以驱动从无性到兼性进化的过渡，为性的进化提供了一个特定的，生物进化的基础方案。在更广泛的背景下，我们的分析表明，微生物有机体的系统生物学与它们的进化模式密切相关。
2018-03-22 q-bio.PE
The evolution of asymmetrical regulation of physiology is central to aging
本文提出一个基于生理不对称调控演化的衰老框架，认为早期生命选择压力塑造的调控系统在衰老中失衡并导致功能定向漂移，从而解释了衰老的渐进性、异质性及死亡率补偿定律等现象。
2025-09-19 q-bio.PE
Foundations of ecological and evolutionary change
University of Stirling（斯特林大学）；University of Valencia（瓦伦西亚大学）
研究通过一个汇总个体特征与适应度相互作用的方程，将种群生态学和演化生物学的基本方程（如Price equation）形式化地联系起来，揭示了生态与演化间被忽视的桥梁，并恢复了平均种群增长率与演化适应度的等价性。
2025-10-12 q-bio.PE
Statistical summaries of unlabelled evolutionary trees and ranked hierarchical clustering trees
有根和排序二叉树是非常重要的数学对象，用于建模层次数据和进化关系，在许多领域，包括进化生物学和遗传流行病学的应用。贝叶斯系统发育推断通常通过马尔可夫链蒙特卡罗方法探索树的后验分布，然而评估不确定性和总结此类树的分布或样本仍然具有挑战性。虽然标记的系统发育树已被广泛研究，但相对较少的文献存在于越来越有用的未标记的树，例如当人们试图总结用不同方法或从不同样品和环境中获得的树木样品时，并希望评估这些总结的稳定性和普遍性。在我们的论文中，我们利用最近提出的距离度量的未标记的排名二叉树和未标记的排名家谱（配备分支长度）定义的弗雷歇平均值和方差作为这些树分布的摘要。我们提供了一个有效的组合优化算法计算的Frechet平均从一个样本或分布上的未标记的排名树的形状和未标记的排名家谱。我们展示了汇总统计数据对于研究流行树分布以及比较2020年COVID-19流行期间不同地点的SARS-CoV-2进化树的适用性。
2021-06-04 q-bio.PE stat.ME
Nothing makes sense in deep learning, except in the light of evolution
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
深度学习（DL）是机器学习的一个非常成功的分支。深度学习的成功通常被解释为集中分析一个特定的最新算法及其特性。相反，我们建议，DL的成功的解释必须看在该领域的所有算法的人口，以及他们如何随着时间的推移而演变。我们认为，文化进化是一个有用的框架来解释DL的成功。与生物学类似，我们使用“开发”来表示将算法的伪代码或文本描述转换为经过充分训练的模型的过程。这包括编写编程代码，编译和运行程序，以及训练模型。如果流程的所有部分不能很好地对齐，那么最终的模型将是无用的（如果代码运行的话！）。这是一种限制。进化发育生物学的一个核心组成部分是解除约束的概念-这些是对发育过程的修改，通过自动适应其他组件的变化来避免完全失败。我们认为，DL中的许多重要创新，从神经网络本身到超参数优化和AutoGrad，都可以被视为发展性的去约束。这些解约束对于特定算法如何处理实现中的挑战以及DL的整个领域如何容易产生新想法都非常有帮助。我们强调了我们的观点如何既可以推进DL，又可以为进化生物学带来新的见解。
2022-05-20 cs.AI cs.LG cs.NE
Extended Inclusive Fitness Theory bridges Economics and Biology through a common understanding of Social Synergy
包容性适应度理论（Inclusive Fitness Theory，IFT）是由W.D.汉密尔顿解释了允许社会存在的个人之间的合作的出现和维持。当代进化生态学确定了几个因素，增加包容性的健身，除了亲属选择，如亲或同宗，和社会协同合作引发的。在这里，我们提出了一个扩展的包容性的健身理论（EIFT），包括在健身计算中的所有直接和间接的好处，代理获得自己的行动，并通过与亲属和与遗传无关的个人的相互作用。这种提法侧重于可持续的成本/效益阈值比的合作和代理共享相互兼容的模因或基因的概率。这种对社会动力学性质的更广泛的描述允许比较亲属和非亲属之间的合作、种内和种间合作、共同进化、共生的出现、社会协同作用以及劳动分工的出现。EIFT通过描述劳动分工在社会协同作用的出现中的作用，促进了跨学科的思想交流，为研究社会行为的生物进化和经济市场动态提供了一个综合框架。
2015-11-25 q-bio.PE
A mathematical analysis of the evolutionary benefits of sexual reproduction
尽管进行了广泛的研究，为什么大多数高等生物都有性繁殖的问题仍然没有解决，并被称为“进化生物学中的女王问题”。可以追溯到魏斯曼的理论表明，关键一定在于创造后代的变异性增加，从而导致对选择的反应增强。然而，对可能导致这种变异性增加的各种机制的影响进行严格的量化，并确定这些有益的影响超过了有性生殖的直接成本，已经证明是有问题的。在这里，我们介绍了一种方法，它不专注于特定的机制影响因素，如固定的有益突变或人口的能力，以处理有害的突变，而是跟踪整个分布的基因型人口，因为它跨越巨大的适应度景观。在这种情况下，现在的模拟显示，在有限或无限种群模型的广泛范围内，性行为的表现都强于asex。集中在可加性无限种群模型，我们能够给出一个严格的数学证明，建立有性生殖作为一个更有效的平均适应度的优化，从而解决这个问题的模型。这种分析的一些关键特征也适用于有限总体的情况。
2015-09-02 q-bio.PE
Universality of weak selection
弱选择意味着一种表型比另一种表型略占优势，这是进化生物学中一个重要的限制性案例。最近它被引入到演化博弈论中。在进化博弈动力学中，被模仿或复制的概率取决于博弈中的表现。博弈对有限种群中随机动态的影响取决于选择的强度。在许多非结构化和结构化群体的模型中，允许分析计算的关键假设是弱选择，这意味着所有个体的表现大致相同。在弱选择极限下，许多不同的微观演化模型具有相同或相似的性质。弱选择对于那些微观进化过程有多普遍？我们回答了这个问题，通过调查的固定概率和平均固定时间不仅线性，但也高达高阶选择强度。我们发现普遍的高阶扩展，它允许重新调整的选择强度。有了这个，我们可以确定特定的模型，违反（线性）弱选择的结果，如三分之一规则的协调游戏有限，但大的人口。
2010-10-11 q-bio.PE
Evolutionary game selection creates cooperative environments
研究策略与博弈在演化中共同演化的问题，提出博弈选择模型，发现博弈与策略的协同演化可促进合作环境涌现，且结构化种群中的网络异质性可放大亲社会行为。
2024-07-31 cs.GT cs.SI math.DS
Natural selection. V. How to read the fundamental equations of evolutionary change in terms of information theory
自然选择引起的进化变化的方程通常用统计术语来表示。费雪基本定理强调适应性的变化。数量遗传学用协方差和回归表示选择。群体遗传方程依赖于遗传方差。我们如何理解这些统计学上的表述，来理解自然选择的含义呢？一种可能性是将统计表达式与种群通过选择积累的信息量联系起来。然而，选择和信息论之间的联系从来没有令人信服。在这里，我展示了选择的统计表达式和选择的信息论表达式之间的正确关系。这些关系将选择与物理学、统计学和通信理论中的熵和信息的基本概念联系起来。我们现在可以根据自然意义来解读选择方程了。选择使种群积累有关环境的信息。
2012-11-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A phenomenological analysis of eco-evolutionary coupling under dilution
进化动力学所经历的混合微生物种群的合作者和骗子已在文献中的实验中使用的协议定期稀释调查的弹性和适应环境变化的属性进行了检查。在一个适当的相图上描绘的数据表明，在其他特征中，合作者和欺骗者共存的稳定平衡点。Sanchez，J. Gore，PLOs Biology，11（4），e1001547（2013）]。我们在这里提出了一个现象学的分析，这些数据集中在生态进化博弈的角度。为此，我们对Tao和Cressman Y.陶河Cressman，Bull.Math.Biol.69，1377 - 1399（2007）.它的原始版本考虑到总人口密度的变化，而个人经历成对的囚徒困境游戏。这里设计的扩展包含一个稀释因子，以符合实验程序，除了一个术语占Allee效应。然而，与在类似背景下提出的其他描述不同的是，这里的模型没有考虑到竞争性遭遇、群体或亲属选择。尽管如此，它描述了令人惊讶的定性和定量的观察相图的特点。我们讨论了这些结果的行为的有效支付矩阵相应地定义。
2017-05-11 physics.bio-ph q-bio.PE
Reinforcement Learning for Control of Evolutionary and Ecological Processes
Mathematical Medicine Group, Stanford University（斯坦福大学数学医学组）；Department of Neurosurgery, Stanford Medical School（斯坦福医学院神经外科部门）；Physician-Scientist Training Program, Stanford Medical School（斯坦福医学院医师-科学家培训计划）；Maternal & Child Health Research Institute, Stanford University School of Medicine（斯坦福大学医学院母婴健康研究所）；Stanford Cancer Institute, Stanford University School of Medicine（斯坦福大学医学院癌症研究所）
针对现有方法难以处理含生态、生理因素的进化控制问题，研究提出将二者建模为计算的进化博弈公式，结合强化学习取得细胞种群进化控制的首创成果，证明复杂度界并建立AI与生物学新联系。
2025-05-17 cs.AI cs.SY eess.SY
On the behavior of the leading eigenvalue of Eigen's evolutionary matrices
本文研究了特征演化矩阵首特征值$\overline{w}(q)$的一般性质，它依赖于忠实再生概率$q$.这是一个线性代数问题，在理论生物学中有各种应用，包括生命起源，癌症进展和病毒进化等不同领域。给出了$q=0,0.5,1$的$\overline{w}(q),\overline{w}'(q),\overline{w}''(q)$的精确表达式，并证明了$\overline{w}(q)$的绝对极小值总是存在的，它属于区间$[0,0.5]$ .对于一个单峰景观的特定情况下，我们还发现上下限和$\overline{w}(q)$，这是用来估计的临界突变率，之后的分布类型的个人在人口中变得几乎均匀。该估计被用作推测另一个估计的起点，该估计对任何适应度景观都有效，并且通过数值计算来检查。最后的估计强调了临界突变率对序列长度的逆依赖性不是一个普遍有效的事实。因此，讨论应用于生物系统的误差阈值必须考虑到这一事实。
2014-05-25 q-bio.PE
Statistically consistent and computationally efficient inference of ancestral DNA sequences in the TKF91 model under dense taxon sampling
在进化生物学中，生物体的物种形成历史是用一个物种发生图来表示的，也就是说，一棵有根的树，它的叶子对应着现在的物种，而分支则表示过去的物种形成事件。系统发育通常是从分子序列，如DNA序列，从感兴趣的物种收集估计。从更高的层面上讲，这个推论背后的想法很简单：两个物种在生命之树中的距离越远，它们的基因组中自最近的共同祖先以来积累的突变数量就越多。为了在系统发育分析中获得准确的估计，标准做法是采用基于树上序列进化的随机模型的统计方法。为了便于处理，这些模型必须对所涉及的进化机制做出简化的假设。特别是，通常省略的是核苷酸的插入和缺失-也称为插入缺失。在统计系统发育分析中正确解释插入缺失仍然是计算进化生物学的一个主要挑战。在这里，我们考虑的问题，重建祖先序列上的一个已知的同源性在一个模型的序列进化，将核苷酸取代，插入和删除，特别是经典的TKF 91过程。我们专注于有界的高度，我们称之为分类丰富的设置，在统计一致性是可以实现的密集adenogenies的情况下。我们给出了第一个多项式时间的祖先重建算法，在恒定的变异率下具有可证明的保证。我们的算法成功时，遗传满足“大爆炸”的条件，在这种情况下，统计一致性的充分必要条件。
2019-08-01 cs.CE math.PR math.ST
