Growth, competition and cooperation in spatial population genetics
我们研究了一个基于个体的模型，描述了两个不同等位基因之间的空间竞争。虽然该模型在精神上类似于经典的空间群体遗传学模型，如垫脚石模型，但在这里，空间是连续的，竞争个体的总密度由于人口统计随机性而波动。通过分析和数值模拟，我们研究了固定概率，固定时间和杂合性的行为，在一个中立的设置和两个物种可以竞争或合作的情况下。最后的例子中，个人被运送的流体流动，我们认为，这种模式是一个自然的选择来描述海洋环境中的竞争。
2012-12-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Cooperation dilemma in finite populations under fluctuating environments
我们提出了一种新的方法，允许研究罕见的事件，如固定在波动的环境下，建模为外部噪声，在进化过程中，其特征在于一个物种的优势。我们的治疗包括映射到一个辅助模型的系统，表现出亚稳态物种共存，可以进行半经典分析。这种方法使我们能够研究外在和人口统计噪声之间的相互作用的统计数据的兴趣。我们说明我们的理论，考虑范式的囚徒困境的游戏，其演变的概率，合作者固定的人口，并取代所有的叛逃者。我们的分析和数值计算表明，外部噪声可以大大提高合作的固定概率，甚至改变其功能依赖于人口规模。这些结果概括了群体遗传学的早期研究成果，表明外部噪声可能有助于维持和促进比静态环境更高水平的合作。
2013-12-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE q-bio.QM
Evolutionary games with facilitators: When does selection favor cooperation?
我们研究了选择和随机波动对两种策略（“合作”和“背叛”）博弈的演化动力学的综合影响，其中种群中包含合作促进者。后者是通过增强合作者相对于背叛者的适应性的生殖潜力来支持合作的个体。通过计算固定概率的一个单一的合作者在有限的和混合的人口，包括一个固定数量的促进者，并通过使用平均场分析，我们确定当选择促进合作的重要类的囚徒困境，雪堆和猎鹿游戏。特别是，我们确定的情况下，选择有利于取代和入侵的合作背叛。我们的研究结果，证实了随机模拟，表明可以通过各种情况下促进合作的传播时，密度的促进者超过一个临界值，其依赖于人口规模和选择强度进行了分析。我们还确定在哪些条件下合作更有可能取代背叛，而不是相反。关键词：进化博弈;合作动力学;社会困境;固定;种群动力学。
2013-08-17 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Fixation properties of multiple cooperator configurations on regular graphs
图上的进化博弈是否有利于合作取决于相互作用网络的种群结构和空间性质。人口结构可以表示为配置。这样的配置将叛逃者之间的单个合作者的场景扩展到任何数量的合作者以及合作者和叛逃者的任何安排。因此，作为一个单一的合作者可以被解释为一个孤独的突变体，基于配置的固定特性的讨论也适用于多个突变体。对于被建模为规则图和弱选择的交互网络，合作的出现可以通过结构系数来评估，结构系数对于配置和图是特定的。我们分析了这些结构系数，并特别表明，在一定条件下的系数强烈相关的平均最短路径长度的合作者之间的进化图。因此，对于多个合作者固定性能的定期进化图可以链接到合作者的路径长度。
2019-03-20 cs.NE q-bio.PE
Time scales and species coexistence in chaotic flows
对海洋生态系统的经验性观察表明，生物和平流时间尺度的平衡是物种共存的一种可能解释。为了验证这种情况下，我们测量的时间固定在中性发展的人口在混沌流。与直觉相反，时间尺度的变化并不直接插在无流动和混合良好的限制之间;相反，我们发现，固定是最慢的中间Damköhler数，表明物种的长期共存。我们的分析表明，这种放缓是由于日益模块化的网络上的空间组织。我们还发现，扩散可以减缓或加快固定，这取决于流动和进化的相对时间尺度。
2016-08-18 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph q-bio.PE
Fixation in the stochastic Lotka-Volterra model with small fitness trade-offs
研究了一类随机两种群竞争模型中的固定概率。通过确定一个自然发生的快速时标，我们推导出一个近似的相关向后Kolmogorov方程，使我们能够获得一个明确的封闭形式的解决方案的固定的概率的任何一个物种。我们用我们的结果来研究健身权衡策略，并表明，尽管一些权衡有几乎可以忽略不计的影响，相应的确定性动力学，他们可以有很大的影响随机系统的结果。
2020-09-02 q-bio.PE
Close spatial arrangement of mutants favors and disfavors fixation
从微生物群落到人类社会，合作在生物系统的各个层面都是普遍存在的。然而，它似乎与进化论相矛盾，因为合作者被搭便车者利用，因此不受自然选择的青睐。许多基于演化博弈论的研究试图解决这一难题，并找出合作存在的原因以及合作是如何出现的。网络互惠是促进合作的机制之一，其中节点是指个人，链接是指社会关系。突变个体的空间排列是指突变体的聚集，在网络互惠中起着关键作用。此外，许多其他支持合作的机制表明，突变体的聚类在突变体的扩展中起着重要作用。然而，突变体的聚集和游戏动态通常是耦合的。目前还不清楚突变体的聚集如何单独改变演化动力学。为此，我们采用了一个最小的模型与频率无关的健身一个圆圈。它从博弈动力学中解开了突变体的聚类。两个突变体在圆上的距离被用作突变体或品种聚类的自然指标。我们发现，与分离的突变体相比，组合是对连接突变体选择的放大器。然而，由于突变体是分散的，突变体越分散，入侵的机会就越大。它引起了聚类的非单调效应，这是违反直觉的。另一方面，我们发现不太稳定的突变体加快了固定。我们的模型表明，突变体的聚类在固定中起着重要的作用，即使没有游戏互动也会出现这种作用。
2019-08-21 cs.CE q-bio.PE
Stochastic Dynamics of Invasion and Fixation
我们研究有限种群中的进化博弈动力学。我们分析了一个进化过程，我们称之为成对比较，我们采用无处不在的费米分布函数从统计力学。这个过程中的逆温度控制着选择的强度，从而为所有选择强度下的演化动力学提供了一个统一的框架，从随机漂移到模仿动力学。我们推导出，第一次，一个简单的封闭式公式，确定合作的可行性，在有限的人口，每当合作的任何对称的两个人的游戏。与以前的结果相比，本公式在任何选择强度和任何初始条件下都是有效的。我们研究有限种群中合作者的演化动力学，并研究选择强度与无限种群中内部不动点的残余之间的相互作用，作为给定初始合作者数量的函数，显示这种相互作用如何强烈影响有限种群中给定性状的固定方法，导致在不同选择强度下的反直觉结果。
2006-09-13 q-bio.PE
Fixation properties of subdivided populations with balancing selection
在细分种群中，迁移与选择和遗传漂变共同作用，决定了它们的进化。建立在最近提出的方法，这取决于当地和全球动态之间的时间尺度分离的出现，我们研究的固定性能的细分人口中存在的平衡选择。当有效选择强度较小时，子种群数目较大时，该方法所隐含的近似是准确的。特别是，它预测物种共存和生物多样性损失之间的相变在无限大小的限制，并在有限的人口，一个非单调依赖的平均固定时间的迁移率。为了调查固定属性的细分人口更强的选择，我们引入了一个有效的粗描述的动态选民模型与中间状态，突出了驱动进化过程的基本机制。
2015-03-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Fixation in Evolutionary Games under Non-Vanishing Selection
在演化博弈论中，波动最显著的影响之一是突变体固定（接管）整个种群的可能性。在这里，我们推广了最近的WKB为基础的理论研究固定在进化游戏下的非零选择，并调查选择强度w和人口（随机）波动之间的关系。这使得大的波动的准确治疗，并产生的概率和平均时间的固定超过弱选择限制。该理论的力量证明了多个吸收状态的合作困境的原型模型。我们的预测比较出色的数值模拟，有限的w，显着提高了福克-普朗克近似。
2010-06-21 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.PE
Fixation properties of rock-paper-scissors games in fluctuating populations
石头剪刀布游戏隐喻性地模拟了生态学和微生物学中的循环优势。在静态环境中，这些模型的特点是固定概率服从两个不同的“法律”在大型和小型混合人口。在这里，我们研究了这三个物种模型的演变受到随机切换承载能力建模资源稀缺和丰富的状态之间的无休止的变化。本文主要针对等价于循环洛特卡-沃尔泰拉模型的零和石头剪刀布博弈，研究了人口和环境噪声的${\it coupling}$对注视特性的影响。更具体地说，我们调查的物种是最有可能在波动的规模和结果如何取决于环境的变化的人口占上风。我们表明，人口噪声加上环境随机性“水平场”的循环竞争的平衡选择的效果。特别是，我们表明，快速切换有效地降低了选择强度成比例的承载能力的方差。我们确定的条件下，出现新的固定方案，最有可能的物种占上风的变化率的开关和承载能力的方差。随机切换对平均注视时间的影响有限，平均注视时间与平均人口规模呈线性关系。因此，环境的随机性使循环竞争更加平等，但并没有延长物种的共存。我们还展示了如何通过重新调整选择强度从零和模型的固定概率中获得接近零和的石头剪刀布游戏的固定概率。
2020-02-24 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Fixation and Polarization in a Three-Species Opinion Dynamics Model
受文化变化和多样性的动力学的启发，我们在[J. Phys. A 37，8479（2004）]中引入的完全图上推广了三种群约束投票模型。在这个观点动力学模型中，规模为N的人口由“左派”和“右派”组成，他们与“中间派”互动：左派和中间派都可以成为比率为（1+q）/2的左派或比率为（1-q）/2的中间派（右派和中间派也是如此），其中q表示对极端主义（q>0）或中间主义（q<0）的偏见。这一体系承认三个吸引人的固定点和一条“极化”线，沿着这条线，左派和右派的混合物冻结共存。在Fokker-Planck方程的范畴内，通过对种群遗传学模型的映射，计算了在每个吸收态结束的固定概率和这些事件的平均时间。因此，我们显示，特别是在弱的偏见和大的人口规模的限制时，|q| ~1/N和N>>1，波动如何改变平均场的预测：极化是可能的，当q>0，但总是有一个有限的概率达到共识，相反的情况下，当q<0。我们的研究结果证实了随机模拟。
2011-07-11 cond-mat.stat-mech cs.SI nlin.AO
Fixation probabilities for the Moran process with three or more strategies: general and coupling results
我们研究固定概率的Moran随机过程的人口与三个或三个以上类型的个人和频率依赖的适应度的演变。与具有两种类型个体的群体的情况类似，在这种情况下，固定概率可以通过精确的公式来计算，在这里我们必须求解一个大型线性方程组。我们首先证明这个系统总是有一个唯一的解决方案。其他的结果是固定概率的上限和下限，通过耦合的莫兰过程与三个战略与出生-死亡过程，只有两个战略。我们还将我们的界限应用于具有三种类型个体的群体中合作的进化问题，Núñez Rodríguez和Neves已经在确定性环境中研究过（J. Math. Biol.（2016）73：1665- 1690）。我们认为，合作者将固定在人口的概率任意接近1的初始条件和足够大的人口规模的大区域。
2018-11-23 cond-mat.stat-mech math.PR q-bio.PE
Promotion of cooperation in deme-structured populations with growth-merging dynamics
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；SIB Swiss Institute of Bioinformatics（瑞士生物信息学研究所）
本文研究了在具有生长-合并动态的群体结构中促进合作，通过分析硬选择下的合作者比例和固定概率，揭示了空间结构在促进合作中的作用。
2026-08-25 q-bio.PE
Large Fluctuations and Fixation in Evolutionary Games
我们研究属于协调和反协调类的进化博弈中的大波动。这些游戏的动态，合作困境建模，其特征在于由一个共存不动点分离两个吸收状态。我们特别感兴趣的是固定化问题，它涉及到少数突变体接管整个种群的可能性。在这里，固定现象是由大的波动引起的，并研究了半经典的WKB（Wentzel-Kramers-Brillouin）理论广义处理具有多个吸收状态的随机系统。重要的是，这种方法使我们能够分析选择和随机波动对演化动力学\textit{beyond}的综合影响，弱选择限制在以前的作品中经常被考虑。我们准确地计算，包括指数前的因素，在长期共存状态的概率分布函数和平均固定时间所需的几个突变体接管整个人口在反协调游戏，以及固定概率的协调类。我们的分析结果与广泛的数值模拟比较出色。此外，我们证明了我们的处理是优于福克-普朗克近似时，选择强度是有限的。
2010-08-26 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.PE
Evolution of emotions on networks leads to the evolution of cooperation in social dilemmas
我们发现，随机图和无标度网络上的社会困境的解决是通过模仿更好的表现球员，而是他们的情绪，而不是战略促进。我们假设同情和嫉妒是两种情绪，它们决定了每个参与者在任何给定的互动中的策略，我们将它们定义为与收益较低和较高的参与者合作的概率。从两种情绪的所有可能组合都可用的人群开始，进化过程导致自发固定到最终被所有参与者采用的单一情绪轮廓。然而，这种情绪特征不仅取决于收益，还取决于交互网络的异质性。同质网络，如格子和规则随机图，导致以高同情和高嫉妒为特征的固定，而异质网络导致低或适度的同情，但也低嫉妒。因此，我们的研究结果表明，公众的情绪和合作倾向在很大程度上取决于，实际上是由互动网络的属性。
2013-03-28 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Phase Transitions in Systems of Interacting Species
本文讨论了一类自催化反应系统：循环竞争模型A1 + A2 --> 2A 2，A2 + A3 --> 2A 3，A3 + A4 --> 2A 4，A4 + A1 --> 2A 1），以及它的中性竞争模型.迁移被引入模型。当考虑到随机现象时，观察到"固定“和"中性”状态之间的相变。在“固定”状态下，物种A1和A3与物种A2和A4结成联盟，最终的状态是其中一对共生体获胜。奇-偶“粗粒”系统映射到两个物种中性（木村）模型。在“中性”状态下，所有四个物种都能存活很长时间（进化）。对模型的计算机模拟的分析结果进行了检查。该模型推广到n个物种。此外，一个广义版本的Volterra模型进行了分析。
2014-03-11 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
Modeling Cost-Associated Cooperation: A Dilemma of Species Interaction Unveiling New Aspects of Fear Effect
本研究在Lotka-Volterra框架内构建成本相关部分合作模型，发现过度合作会通过异宿分岔导致系统崩溃，并揭示恐惧效应与部分合作对生态系统稳定性的复杂影响。
2025-01-27 math.DS q-bio.PE
The Emergence of Cooperation from a Single Mutant during Microbial Life-Cycles
合作行为在自然界中是普遍存在的，尽管合作的个体总是冒着被搭便车者利用的风险。人口结构有效地促进了合作，因为合作水平已经达到了一个门槛。然而，一个不能依赖于其他合作者提供的利益的单一突变体如何产生合作的问题仍然令人困惑。在这里，我们调查这个问题的一个明确的，但一般的情况下，基于典型的微生物种群的生活周期〈动〉<动>，其中个人定期形成新的殖民地，然后生长阶段。我们分析了两种有利于合作行为的进化机制，并研究了它们的强度取决于接种量和生命周期的长度。特别是，我们发现，人口瓶颈指数增长阶段强烈增加的生存和固定概率的一个合作者在搭便车的人口。
2015-06-14 q-bio.PE
Evolution of cooperation on an epithelium
合作在自然界中是普遍存在的，不仅在动物界〈动〉<动>的社会互动中如此，在细胞水平上也是如此。例如，在癌症中，肿瘤细胞可以通过产生生长因子来合作。传统上，合作的演化研究的演化博弈论的框架下，以及混合种群，最近的结构化种群使用进化图论。然而，由于组织中的细胞排列而产生的群体结构是动态的，因此不能由这些框架中的任一个准确地表示。在这项工作中，我们比较合作成功的条件，在上皮细胞建模使用进化图论，那些在一个机械模型的上皮细胞=-Voronoi镶嵌模型。至关重要的是，在后一种模型中，细胞能够移动，出生和死亡在空间上并不耦合。我们计算固定概率的Voronoi镶嵌模型通过模拟和近似分析技术，并表明，这导致更强的促进合作的进化图论模型相比。
2018-12-06 q-bio.PE
Noise-induced stabilization and fixation in fluctuating environment
被认为是一个两个物种社区的$N$竞争的个人的动态，强调环境变化的作用，连贯地影响整个种群的健身。固定的突变体群体（特别是，一个单一的突变体）的机会计算作为一个函数的平均相对健身的突变体，健身变化的幅度和它们的典型持续时间。我们强调本地竞争的情况下，全球竞争的情况下之间的区别;在后者的噪声诱导的稳定机制产生一个单一的突变体的固定的机会更高。这种区别在弱选择阶段变得很明显，在弱选择阶段，单个有害突变体的固定机会对于全局竞争是$N$独立常数，而在局部竞争情况下则像$(\ln N)^{-1}$一样衰减.长期持久性的可能性${\cal O} (N)$次优（和precaution-prone）的人口进行了讨论，以及其相关性随机隧道之间的健身高峰。
2018-01-30 q-bio.PE
Emergent spatial organization of competing species under environmental stress and cooperation
Graduate School of Bioresource and Bioenvironmental Sciences, Kyushu University（九州大学生物资源与生物环境科学研究生院）
本文提出了一种空间显式反应-扩散框架，研究竞争物种在环境压力与合作下的自发空间组织，通过混合反演建模框架实现高维参数推断，推动生物多样性预测。
2026-01-27 math.DS q-bio.PE
Adaptation and enslavement in endosymbiont-host associations
共生体在进化上的持久性是一个谜。适应应该消除合作的特点，如果有可能享受合作的好处，而不互惠-合作的一个方面在博弈论中被称为囚徒困境。尽管有这一障碍，共生现象仍然广泛存在，并且可能是复杂生命进化所必需的。以牙还牙等策略的发现被认为是解决合作问题的一般办法。然而，这只适用于物种内的合作，在这种情况下，单一的策略将主导种群。在共生联合体中，每个物种可能有不同的策略，对单物种问题的理论分析并不能指导结果。我们提出了两个物种的合作的基本分析，并表明，一个物种的适应速度快，是由一个缓慢进化的奴役。奇怪的是，快速进化的物种变得高度合作，而缓慢进化的物种几乎没有回报。这有助于理解内共生体的发生，宿主从中受益，但共生体似乎从这种关联中获益甚少。
2004-02-24 q-bio.PE
Nonmonotonic Effects of Migration in Subdivided Populations
迁移对细分种群的随机动力学的影响在各种进化模型中仍然是一个悬而未决的问题。我们在这里开发了一个自洽的平均场的方法，以确定迁移的影响，相关的非平衡性质，如平均固定时间。如果进化强烈倾向于物种共存（例如，平衡选择）时，平均固定时间作为迁移率的函数产生了意想不到的最小值。我们的分析只取决于局部和全局动力学之间的时间尺度分离的存在，因此它可以推广到物理学，生物学，生态学和社会科学中的其他非平衡过程。
2014-04-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Robustness of Cooperation in the Evolutionary Prisoner's Dilemma on Complex Networks
最近对无标度网络中囚徒困境博弈的演化动力学的研究表明，网络互连的异质性增强了合作的演化成功。在本文中，我们解决的问题，如何表征的渐近状态的演化动力学依赖于合作者的初始浓度。我们发现，合作达到固定的节点集的测量和连通性属性在很大程度上是独立的初始条件，与背叛是固定的节点集和波动节点的行为相反。我们还检查这些结果的鲁棒性时，沿一个单参数的家庭网络之间的类的Erdos-Renyi图和Barabasi-Albert网络插值的程度异质性变化。
2007-05-17 physics.soc-ph q-bio.PE
Fixation Probabilities in Weakly Compressible Fluid Flows
海洋环境中生物物种之间的竞争受到周围流体运动的影响。一个有效的二维可压缩性可以产生，例如，从收敛和发散的水团的深度，在被动移动光合生物被限制生活。在这份报告中，我们试图定量研究遗传学下流。为此，我们耦合一个非格子代理为基础的模拟两个人口在1D到一个弱可压缩的速度场-第一个正弦波，然后一个壳模型的湍流。我们发现，这两种情况下，即使在一个政权的整体人口结构是近似不变的，流量可以显着减少固定概率的选择性优势的影响。我们理解这种效应的增强生存的有机体出生在源头的流动和影响的费舍尔遗传波。
2019-01-23 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn q-bio.PE
Mixing times in evolutionary game dynamics
如果没有突变和迁移，演化动力学最终会导致除一个物种外的所有物种灭绝。这种固定过程是很好理解的，可以用统计物理学的方法进行分析。然而，许多生物学的论点集中在突变选择平衡中的平稳分布。在这里，我们解决了在突变的情况下达到平稳所需的平衡时间，这在马尔可夫过程理论中被称为混合时间。我们发现，在进化游戏中的混合时间有相反的行为时，选择的强度增加固定时间：在协调游戏的双稳态，固定时间减少，但混合时间增加。在亚稳态共存博弈中，固定时间增加，但混合时间减少。我们的结果是基于模拟和WKB近似的主方程。
2012-04-03 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Evolutionary dynamics on degree-heterogeneous graphs
研究了度异质图上适应度不同的两个种群的进化问题。种群的演化要么是一个个体死亡并被随机邻居的后代取代（选民模型（VM）动态），要么是一个个体生下一个接管随机邻居节点的后代（入侵过程（IP）动态）。一个物种占据一个N个个体的种群的固定概率主要取决于动态和当地环境。从k度节点处的单个拟合突变体开始，固定概率与VM动态的k成比例，与IP动态的1/k成比例。
2006-05-11 cond-mat.stat-mech 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
Asymmetric Variability: The Impact of Uneven Stochasticity on Competitive Dynamics
本文构建具有不同生活史的两物种竞争模型，在迁移、选择和环境随机性下推导固定概率与时间等解析结果，以揭示不均匀随机性对物种存续、灭绝及群落均匀度的影响。
2025-01-08 q-bio.PE
Modeling cooperation and competition in biological communities
在生物群落动态中生态相互作用的深远影响仍然是一个有趣的主题。几十年来，竞争一直是生态过程的基石，但越来越多的证据表明，合作也有助于生物群落的结构。在这里，我们提出了一个简单的确定性模型的促进和竞争的动态系统的影响的研究。这两种影响的同时列入产生丰富的动态，并捕捉到的生态社区的形成中观察到的上下文依赖。该方法再现了初级和次级植物演替的相关方面，入侵物种的影响，以及稀有物种的生存。该模型还考虑了生态优先效应的作用，并强调了促进保护工作和物种共存的关键作用。
2021-07-16 q-bio.PE
Assortment and the evolution of cooperation in a Moran process with exponential fitness
我们研究的合作在有限的人口相互作用的演变，根据一个简单的模型，喜欢与喜欢的分类。进化过程是一个莫兰过程，合作者-背叛者博弈的收益通过指数变换转化为正适应度。这些演化动力学可以出现在，例如，一个巢结构的人口与罕见的迁移。指数变换的使用，而不是通常的线性的，是适当的相互作用时，有乘法健身效果，并允许一个易于处理的特性的影响，分类合作的演变。我们定义了两种意义，在这两种意义上，更大程度的分类有利于合作的进化，第一种比第二种更强：（i）在所有种群状态下，更大的分类增加了合作者数量增加的概率，相对于背叛者数量增加的概率;（ii）更大的分类增加了合作的固定概率，相对于背叛的固定概率。我们表明，更强的定义，更大的分类有利于合作的一个子集的合作困境：囚犯的困境，雪堆游戏，雄鹿狩猎游戏，和一些囚犯的喜悦游戏的演变。对于其他合作困境，更大的分类有利于合作的弱定义，但不是强定义。我们的结果适用于任何选择强度。
2016-04-13 q-bio.PE
Spatial population expansion promotes the evolution of cooperation in an experimental Prisoner's Dilemma
合作在本质上是无处不在的，但解释它的存在仍然是一个核心的跨学科挑战。在囚徒困境博弈中，合作是最难解释的，在这个博弈中，合作者总是在与背叛者的直接竞争中失败，尽管平均适应度不断增加。在这里，我们将展示如何空间人口扩张，一个普遍的自然现象，促进合作的演变。我们设计了一个实验性的囚徒困境游戏中的芽殖酵母酿酒酵母表明，尽管失去了在非扩张条件下的叛逃者，合作者在空间上扩大人口的频率增加。标记的菌落显示合作者和叛逃者的遗传分层，其次是合作者的频率增加，合作者部门超过邻近的叛逃者部门。连同基于格子的空间模拟，我们的研究结果表明，空间人口扩张驱动合作的演变（1）增加积极的遗传分类在人口的前沿和（2）选择表型最大限度地提高当地的deme生产力。因此，空间扩张创造了一种选择力，合作者丰富的德谟在“最快的生存”中超越了邻近的背叛者丰富的德谟。我们的结论是，单独的菌落生长可以促进合作，防止微生物的缺陷。我们的研究结果扩展到其他物种的空间限制扩散范围扩大，包括病原体，入侵物种和人类。
2013-11-11 physics.bio-ph q-bio.PE
Population genetics in compressible flows
我们研究两个生物物种之间的竞争平流可压缩的速度场。个体被视为离散的拉格朗日粒子，以密度依赖的方式繁殖或死亡。在缺乏速度场和适应度优势的情况下，数量波动会导致随机费舍尔方程典型的粗化动态。然后，我们研究了三个例子的可压缩平流场：壳模型的湍流，正弦速度场和线性速度汇。在所有情况下，平流导致固定时间的显著下降，以及全球承载能力的大幅降低。尽管在收敛区的本地化，一个物种灭绝的速度比在混合种群更快。对于一个弱的谐波势，人们发现固定时间的双峰分布。在这种情况下，长寿命状态是具有单个边界的分层配置，其位置取决于适应度优势。
2011-06-17 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Network topology and movement cost, not updating mechanism, determine the evolution of cooperation in mobile structured populations
本文研究移动结构化网络中的多人合作演化，发现网络拓扑与移动成本而非随机更新规则起决定作用，群体依赖移动通过同配行为促进合作。
2023-04-19 q-bio.PE
Aspiration can promote cooperation in well-mixed populations as in regular graphs
King Fahd University of Petroleum and Minerals（国王法赫德国立石油与矿产大学）
基于抱负的动力学的经典研究表明，不满意的个人会改变策略，而不考虑他人的成功。这促进了叛逃的蔓延。基于模仿的动力学允许个体模仿成功的策略，而不考虑他们自己的满意度。在这篇文章中，我们建议研究一个动态的基础上的愿望，考虑到模仿成功的策略不满意的个人。这有助于合作社成员进行抵制。个人在决定更新策略之前，会将他们的成功与他们期望的满意度进行比较。这种机制有助于自我满足感最低的人维持他们的策略。如果一个人不满意，它会通过选择成功的策略向他人学习。我们推导出一个精确的表达固定概率在良好的混合人口在网络中的结构化人口。因此，我们表明，选择可能有利于合作，在良好的混合人口中的人口分布在一个正常的图比背叛。我们表明，最好的情况是一个小的连接图。
2020-06-08 math.PR q-bio.PE
Public good diffusion limits microbial mutualism
标准的博弈论不能描述由可扩散分子介导的微生物相互作用。尽管如此，我们仍然可以用扩散重整化参数的博弈论来模拟微生物动力学。与预期相反，更大的共享代谢物降低了合作的强度，并导致物种灭绝通过非平衡相变。我们报告的临界扩散系数和物种混合的长度尺度的分析结果。我们还表明，健身非线性抑制互惠和有利于物种生产较慢的养分。
2015-05-23 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Evolutionary Game Dynamics in Populations with Heterogeneous Structures
进化图理论是一个完善的框架，用于模拟结构化群体中社会行为的进化。这个领域的一个新的共识是，在个体之间的连接数量上表现出异质性的图更有利于合作行为的传播。在这篇文章中，我们表明，这样的结论在很大程度上取决于发生的个人层面的相互作用。特别是，平均通过游戏交互获得的收益，而不是累计的收益可以完全消除异构图的合作优势，而这样的差异并不影响同质结构的结果。此外，游戏互动发生的速度可以改变进化的结果。更少的交互允许异构图支持更多的合作比同构图，而更高的交互率使得同构和异构图几乎无法区分他们的能力，以支持合作。最重要的是，我们表明，在同质群体中使用的进化优势的共同措施，如一个罕见的突变体的固定概率的居民类型的比较，不再是有效的异质群体。杂合性导致突变在群体中发生的偏差，这影响突变体的固定概率。我们得出了适当的措施，异质性人口占这种偏见。
2013-12-10 q-bio.PE
Properties of interaction networks, structure coefficients, and benefit-to-cost ratios
在结构化群体中，合作者和背叛者在交互图上的空间排列以及图本身的结构决定了游戏的动态，特别是决定了合作（或背叛）的固定是否有利。对于单个合作者（和单个背叛者）和由正则图描述的网络，固定问题可以通过单个参数（结构系数）来解决。由于这个量对于任何正则图都是通用的，我们可以称之为通用结构系数。对于两个或更多的合作者（或几个叛逃者）的固定属性也可以分配的结构系数。然而，这些结构系数取决于合作者和背叛者的安排，我们可以将其解释为博弈的配置。此外，系数对于被建模为正则图的给定交互网络是特定的，这就是为什么我们可以称它们为特定结构系数。在本文中，我们研究了特定的结构系数如何在相互作用图上变化，并将在不同图上获得的分布与相互作用网络的谱性质联系起来。我们还讨论了捐赠游戏的收益成本比的影响。
2018-06-06 cs.NE q-bio.PE
The fate of cooperation during range expansions
合作对整个物种是有益的，但在个体层面上，背叛是有回报的。自然选择会倾向于背叛者，而排除合作。这一预测与生物系统各个层面的大量合作形成鲜明对比：从细胞合作形成生物膜或有机体到生态系统和人类社会。人们提出了几种解释来解决这个悖论，包括直接互惠、亲属和群体选择。然而，我们的工作是建立在这样一个观察的基础上的：对合作者的选择可能取决于他们在种群中的相对频率和种群密度。我们发现，这种反馈之间的人口和演化动力学可以大大增加频率的合作者在前面的一个不断扩大的人口，甚至可以导致分裂的合作者从叛逃者。分裂后，只有合作者开拓新的领土，而叛逃者则从后面慢慢入侵。由于范围扩展在自然界中是非常普遍的，我们的工作提供了一个新的解释合作的维持。
2013-04-28 physics.bio-ph q-bio.PE
Weakest-link control of invasive species: Impacts of memory, bounded rationality and network structure in repeated cooperative games
许多入侵性害虫和病原体在农业和林业中的扩散性质使得有必要考虑一个管理者的行动如何影响邻近的财产。除了有害生物可能扩散的直接影响和由此造成的经济损失外，还有影响整个地区的间接后果，需要采取协调行动来管理和/或根除（如行动限制）。在本文中，我们解决的出现和稳定的代理人之间的合作谁应对入侵性害虫或疾病的威胁。该模型基于最弱环节范式，使用重复的多参与者协调博弈，其中参与者的收益取决于管理决策，以防止入侵自己的土地以及网络上的邻居。我们发现，对于基本的合作博弈代理选择的风险主导策略的雄鹿狩猎游戏的支付优势策略的实施控制措施。然而，合作可以通过社会规划者提供生物安全付款来实现。这种支付的临界水平取决于决策过程的细节，更高的信任（基于其他代理人反映其过去表现的声誉）允许显着减少必要的支付，并在支付较低时减缓合作衰退。我们还发现，允许在决策过程中的不确定性，可以加强合作的低水平的支付。最后，我们显示了产业结构的重要性，以合作的出现，与网络节点的平均协调数的增加，导致增加的关键生物安全支付。
2018-06-29 physics.soc-ph q-bio.PE
Cooperation in Microbial Populations: Theory and Experimental Model Systems
合作行为，即为他人提供利益的代价高昂的行为，在生活的各个领域都很常见。这篇综述文章讨论了微生物世界中的合作行为，介导的交换胞外产品称为公共产品。我们专注于模型物种的公共产品的生产和相关的生产细胞的生长劣势进行了很好的描述。为了揭示生物和生态因子〈动〉促进合作性状的出现和稳定，我们采取跨学科的角度和审查的见解从数学模型和良好控制的实验模型系统。从理论上讲，我们将微生物生活周期〈动〉<动>的关键方面纳入我们的分析，特别是考虑种群结构，其中局部社区（亚种群）的集合不断出现，增长，并再次消失。在生物学上，我们明确考虑公共产品生产的综合和调节。理论方法的讨论包括一般的进化概念，种群动力学和演化博弈论。作为一个具体的，但一般的生物学的例子，我们认为人口的恶臭假单胞菌和它的调节和利用绿脓菌素，铁清除分子。审查结束时，在空间扩展系统的合作概述，并提供了一个重要的评估所讨论的实验和理论研究的见解。当前的挑战和重要的新的研究机会进行了讨论，包括公共产品的生化调节，更现实的生态场景类似原生环境，细胞到细胞的信号，和多物种社区。
2019-09-25 physics.bio-ph q-bio.PE
Community-level cohesion without cooperation
最近的工作提请注意社区-社区接触（“聚结”）可能是塑造自然生态系统的一个重要因素。这项工作建立在麦克阿瑟的竞争共存的经典模型，以调查这种社区层面的竞争在一个最小的理论设置。结果表明，一个物种的生存能力的聚结事件是最好的预测社区水平的“健身”的原生社区，而不是物种本身的内在性能。这里提出的模型允许正式的宏观角度，使一个社区窝藏生物在不同的丰度成为相当于一个单一的生物体表达基因在不同的水平。虽然大多数自然群落并不满足多层次选择理论发展的多细胞性的严格标准，但这里描述的有效凝聚力是劳动分工的一般结果，不需要合作相互作用，并且可以预期在微生物生态系统中广泛存在。
2016-03-10 q-bio.PE
Competition between fast- and slow-diffusing species in non-homogeneous environments
我们研究了一个基于个体的模型，其中两个空间分布的物种，其特征在于不同的扩散率，竞争资源。我们考虑三种不同的生态环境。在第一种情况下，扩散速度加快会以繁殖率为代价。在第二种情况下，资源在空间上不是均匀分布的。在第三种情况下，这两种物质通过流体流动进行运输。在所有这些情况下，在不同的参数，我们观察到一个政权的过渡，其中扩散更快地赋予一个有效的选择性优势，在其中它构成了一个缺点。我们分析估计这种优势（或劣势）的大小，并通过测量基于个人的模型模拟中的固定概率来测试它。我们的研究结果提供了一个框架，以量化在给定的环境中增加或减少扩散的进化压力。
2016-01-26 q-bio.PE
Evolutionary Dynamics for Persistent Cooperation in Structured Populations
合作行为的产生和维持是进化生物学和社会科学中的一个有趣的话题。公共物品博弈是研究合作行为的一种范式。在PGG中，所有参与者平均分配总收益。这一特点仍然导致叛逃占主导地位，而不会以倍增系数大幅放大公共利益。人们已经做了很多努力来解释合作策略的演变，包括最近的一个模型，其中只有一部分的总收益是由所有的球员通过引入一个新的战略，称为持久合作共享。一个持久的合作者是一个贡献者，他愿意支付第二个成本来取回自己贡献的剩余部分。在以前的研究中，这个模型是在混合种群的框架下分析的。本文主要讨论格结构种群中的持续合作问题。通过理论分析和数值模拟，揭示了由纯合作者、背叛者和持续合作者组成的结构种群的演化动力学.特别地，在一维格上导出了策略固定概率的近似表达式。通过模拟在一维和正方形格子上展示了策略的稳态相图、频率和空间模式的演变。我们的研究结果是一致的一般观察，至少在大多数情况下，一个结构化的人口促进合作的演变。具体来说，在这里，我们发现，持久的合作者的存在大大抑制了扩散的叛逃者在更宽松的条件下，在结构化的人口相比，在良好的混合人口。
2015-05-19 physics.soc-ph q-bio.PE
Difffusion Dynamics on the Coexistence Subspace in a Stochastic Evolutionary Game
频率依赖性选择反映了不同物种在争夺环境中有限资源时的相互作用。在随机进化博弈中，物种的相对适应度引导着由于随机漂移而波动的进化动力学。物种选择优势对环境的依赖为进化动力学引入了额外的可能性。我们分析了一个简单的模型，其中一个随机的环境允许竞争物种共存很长一段时间之前，固定的一个单一的物种发生。在我们的分析中，我们使用的竞争物种的线性组合的稳定性近似的随机动力系统的扩散的一维共存区域。我们的方法显着简化了计算的概率第一灭绝和预期的时间，并展示了严格的模型降阶技术，用于评估准平稳随机演化模型的属性。
2018-02-10 math.PR q-bio.PE
Emergent frequency-dependent selection predicts mutation outcomes in complex ecological communities
MIT Center for Theoretical Physics - a Leinweber Institute（麻省理工学院理论物理中心（莱因韦伯研究所））；Department of Physics, Boston University（波士顿大学物理系）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院国际理论科学中心）；Faculty of Computing and Data Sciences, Boston University（波士顿大学计算与数据科学学院）
研究通过动态平均场理论将生态学整合到经典群体遗传学模型中，揭示生态互作导致的频率依赖选择如何影响突变结果，并展示了生态反馈对突变固定概率的抑制作用。
2026-04-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Predator-prey density-dependent branching processes
本文提出两个密度依赖分支过程建模捕食者-猎物种群，分析固定、灭绝与共存条件及极限增长率，并证明资源有限时系统几乎必然灭绝。
2024-06-28 math.PR q-bio.PE
Unbending strategies shepherd cooperation and suppress extortion in spatial populations
研究格点种群中始终合作、勒索型 ZD 与不屈策略的演化动力学，发现不屈玩家能根本改变系统动力学，抑制勒索者主导并促进公平合作。
2024-05-29 cs.GT physics.soc-ph q-bio.PE
Frequency-Dependent Selection at Rough Expanding Fronts
微生物菌落是用于研究生物物种通过范围扩展而在新领域定居的实验模型系统。我们研究了两个物种的伊甸园模型，它结合了当地的频率依赖性选择的推广，以分析两个物种之间的社会相互作用如何影响表面粗糙度的微生物菌落。该模型包括博弈论中的几个经典场景。然后，我们集中在一个不断扩大的公共产品的游戏，无论是合作者或叛逃者接管前取决于系统参数。我们详细分析了全局合作与背叛之间的非平衡相变的临界行为，从而确定了一个新的普适类的相变处理吸收状态。在过渡，分离部门的边界数量衰减与一个新的幂律的时间和他们的超扩散运动跨越从伊甸园缩放到近弹道制度。平行地，前部的宽度最初服从Eden粗糙化，并且在稍后的时间，传递到选择性粗糙化。
2015-07-02 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Neutral theory of cooperative dynamics
Michigan State University（密歇根州立大学）；Universitat Pompeu Fabra（庞培法布拉大学）；Barcelona Collaboratorium（巴塞罗那协作实验室）；University of Tokyo（东京大学）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF)（进化生物学研究所（CSIC-UPF））
本文提出了一种中性理论，用于描述合作物种在低迁移率下的双峰物种丰度分布，并探讨其在微生物组、合成生物学和生命起源中的应用。
2025-12-20 physics.bio-ph q-bio.PE
Multilateral governance of invasive alien species management: An ecological-economic model with Allee effect
Aix-Marseille School of Economics（艾克斯-马赛经济学院）；Institut Universitaire de France（法国高等研究院）；Purdue University Northwest（西北普渡大学）；Lund University（隆德大学）
该研究构建含阿利效应的两区域入侵外来物种生态-经济模型，对比合作与非合作管理的结果，发现合作管理可扩大根除初始条件、降低总成本，为IAS多边治理提供理论支撑。
2026-10-14 econ.TH physics.soc-ph q-bio.PE
A model balancing cooperation and competition explains our right-handed world and the dominance of left-handed athletes
绝大多数人是右撇子。人们已经提出了许多关于个体利手的解释，但这种群体水平的利手仍然令人困惑。在这里，我们使用一个最小的数学模型来解释这种人口水平的手的偏好作为一个进化的平衡之间的合作和竞争的压力在人类进化史上。我们选择优秀运动员作为进化模型的试验平台，并解释了许多职业运动中令人惊讶的利手分布。我们的模型预测强烈的偏侧化在社会物种有限的好斗的相互作用，并阐明了罕见的令人信服的证据“pawedness”在动物世界。
2011-09-27 math.DS q-bio.PE
