Эта обратная связь между стратегией принятия решений и окружающей средой проявляется в таких разнообразных областях, как рыболовство, экономика и человеческое социальное взаимодействие. Теоретики игр исследовали эти так называемые обратные связи, используя отдельные модели для применения к конкретным сценариям.
Но в новой публикации в Nature Communications исследователи из Школы искусств и наук Пенна представляют объединяющую модель, которая объясняет эти разнообразные взаимодействия и подчеркивает сходство их характеристик.
«В нашей статье мы пытаемся четко указать, каким образом на эволюционную динамику игры может влиять окружающая среда и изменять ее», – говорит Эндрю Тилман, первый автор статьи и постдокторский исследователь из Департамента биологии. "Таким образом, вы получаете обратную связь между стратегиями, которые используются в игре, и изменением окружающей среды."
Тилман был соавтором работы с консультантами Эролом Акчай и Джошуа Плоткиным, преподавателями, чья работа специализируется на теоретических и вычислительных подходах к биологическим вопросам.
Результаты проливают свет на сплоченные силы, которые связывают изменения в стратегических действиях с изменением окружающей среды, и наоборот.
«Возьмите рыбные запасы, которые увеличиваются или уменьшаются в зависимости от рыболовных стратегий популяции, или уровни питательных веществ в почве, которые повышаются или уменьшаются в зависимости от того, присутствуют ли азотфиксаторы или нефиксирующие растения», – говорит Акчай. "Количество рыбы или азота будет определять отдачу от различных стратегий и отдавать предпочтение той или иной стратегии. Эта ситуация возникает повсюду, и хотя тут и там были разные модели, на самом деле Эндрю соединил все это воедино. Он показал, что вы можете сопоставить эти модели с общей моделью, а затем проанализировать эту модель и сделать прогнозы для множества различных систем."
«Понимание того, как баланс стратегических типов в популяции влияет на окружающую среду и как среда затем реагирует на изменение стратегических взаимодействий, – это новая проблема для экологов и бихевиористов», – говорит Плоткин. «Это забавная теоретическая проблема, но она также имеет множество последствий в прикладных условиях, где мы все чаще признаем тесную взаимосвязь человеческого поведения и меняющейся окружающей среды."
Проект возник на основе докторской работы Тилмана, в которой рассматривались экономические стимулы, с которыми люди сталкиваются при работе с общим ресурсом, например, рыболовством или здоровой окружающей средой.
«Я делал это специально, собирая модель динамики окружающей среды с моделью эволюционной теории игр для каждой из них», – говорит он. "Я был вдохновлен работать над тем, чтобы объединить множество разных проблем, которые все думают об этих стратегических взаимодействиях, связанных с изменяющейся средой."
Исследователи обнаружили, что относительно простая линейная модель может отображать динамику множества этих типов обратной связи между стратегией и средой.
«Мы также создали некоторые нелинейные модели, и могут возникнуть некоторые нюансы, но линейные модели дают вам интуитивное представление о том, почему эти новые вещи могут происходить», – говорит Акчай. "Они на удивление сильны."
Их анализ сработал для таких систем, как пример загрязнения, где воздействие на окружающую среду – большее загрязнение – исчезает с течением времени.
Но модель также подходит для сценариев, в которых экологический продукт регенерируется, как в примере с рыболовством.
Модель позволила им предсказать, как будут меняться стратегии, будут ли они циклически повторяться или достигать равновесия, на основе стимулов, с которыми сталкиваются субъекты, когда как условия окружающей среды, так и стратегии в популяции были на пределе. Снова обратимся к модели загрязнения: «Вы можете представить, что одна стратегия будет заключаться в выбросе высоких уровней загрязнения, а другая – в низком уровне загрязнения, и, в зависимости от сочетания используемых стратегий, это повлияет на уровень загрязнения. присутствующее загрязнение ", – говорит Тилман. «Мы можем понять, что произойдет в игре, исходя из того, насколько сильны стимулы для перехода на стратегию с высоким уровнем загрязнения, когда окружающая среда находится в состоянии с низким уровнем загрязнения, а также стимулы для перехода на стратегию с высоким уровнем загрязнения, когда окружающая среда находится в состоянии с низким уровнем загрязнения."
Этот подход проливает свет на современные проблемы, такие как регулирование глобальных выбросов в условиях изменения климата.
"Мы видим, что если все чисто, вы хотите убить любой стимул быть загрязнителем. В противном случае цикл может вернуться к стратегиям загрязнения окружающей среды ", – говорит Акчай.
Забегая вперед, исследователи надеются включить прогнозирование в свою модель. Другими словами, если субъект может предсказать, как изменится окружающая среда, изменит ли он свои стратегии раньше или позже, чем в противном случае?
«Эти эволюционные и теоретико-игровые модели склонны рассматривать участников как близоруких, меняющих свои стратегии в зависимости от мгновенных стимулов», – говорит Тилман. "Но чтобы более реалистично имитировать процессы принятия решений, в которых участвуют люди, мы хотим начать думать о включении прогнозирования в структуру моделирования."