在具有单一输出的广义网络中,劳动分工中合作行为的演变

《Journal of Theoretical Biology》:The evolution of cooperation in the division of labor on generalized networks with a single output

【字体: 时间:2026年02月28日 来源:Journal of Theoretical Biology 2

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  分工网络模型中奖励机制与网络结构对合作进化的影响研究。摘要:构建单输出通用分工网络模型,分析合作者与叛徒共存时奖励机制对合作进化的作用。研究表明网络结构不改变合作演化动态,但惩罚策略能促进合作者与叛徒共存的演化。

  
Md Sams Afif Nirjhor | Fangyue Liu | Mayuko Nakamaru
东京理科大学环境与社会学院,日本东京港区芝浦3-3-6,邮编108-0023

摘要

一般的分工包含任意数量的子任务,以及上游子任务持有者群体与下游群体之间的非对称互动。在分工中,子任务持有者之间的合作至关重要。我们构建了一个具有单一输出的一般分工网络模型,在该模型中,子任务持有者群体处于网络中,并且一旦有背叛行为发生,整个过程就会停止。我们假设每个子任务持有者群体中最初都存在合作者和背叛者;合作者需要付出合作成本以提高产品或服务的质量,而背叛者则不付出任何成本,从而降低质量。更多的合作者群体能够提升质量,因此所有群体中的参与者都能获得作为奖励的更好声誉。我们发现,带有奖励的分工符合社会困境的条件,我们的模型可以从合作进化的角度进行研究。我们对复制方程的分析表明,这些收益在方程中相互抵消;因此,收益永远不会影响合作的进化。结果,分工的网络结构也不会影响合作的动态。我们还展示了对背叛者的惩罚能够促进合作的进化以及合作者群体和背叛者群体的共存,并且奖励函数决定了分工中子任务持有者群体的数量是否会影响合作的进化。我们的研究结果将有助于从网络结构的角度理解分工现象。

引言

自前工业时代以来,人类社会就存在分工现象,即使在没有中央政府的社会中也是如此(Durkheim, 1983;Depetris-Chauvin和?zak, 2017)。人口剩余的增加导致了社会分层和分工(Henrich和Boyd, 2008)。行业内部和行业之间的贸易以及工作的专业化也创造了分工(Fengru和Guitang, 2019)。在现代社会中,存在着各种类型的社会、经济和政治角色;不同的人扮演不同的角色,从而形成了分工,而不同角色之间的合作对于分工的成功至关重要(Baumgardner, 1988)。
分工通常涉及两个以上的角色,因此需要考虑包含两个以上角色的网络结构。分工的网络结构和角色数量有多种可能性。因此,研究具有任意有限数量角色的任意结构的网络可以为我们提供一个泛化的概念。然而,从人类社会合作进化的角度出发,对泛化网络上的分工尚未进行彻底的研究。
合作的进化是人类社会中的一个未解问题。这是因为,在所谓的社会困境情况下,根据博弈论,理性个体应该选择相互背叛而非合作。然而,合作仍然存在。已经研究了五种促进合作进化的机制:亲缘选择、直接互惠、间接互惠、群体选择和网络互惠(Nowak, 2006;Rand和Nowak, 2013)。通过亲缘选择,有生物学关系的个体之间会合作(Hamilton, 1964)。在直接互惠中,过去的互动经验或未来互动的可能性会促使合作(例如Axelrod和Hamilton, 1981;Nowak和Sigmund, 1993;Press和Dyson, 2012)。在间接互惠中,合作的进化取决于个体作为合作者的声誉(例如Sugden, 1986;Nowak和Sigmund, 1998;Ohtsuki和Iwasa, 2004;Nakamaru和Kawata, 2004)。在群体选择中,合作者更多的群体会比背叛者更多的群体更成功,从而导致合作的进化(例如Traulsen和Nowak, 2006)。最后,网络互惠表明,由于网络上的个体形成了合作者的群体并且这些群体得以传播,因此合作得以进化(例如Nowak和May, 1992;Nakamaru等人, 1997;Ohtsuki等人, 2006;Su等人, 2022)。除了这五种机制外,惩罚作为合作的促进因素也已被研究(例如Axelrod, 1986;Sigmund等人, 2001;Boyd等人, 2003;Nakamaru和Iwasa, 2006;Rand等人, 2010;Nirjhor和Nakamaru, 2023b, Nirjhor和Nakamaru, 2023a)。通过应用合作进化的知识,我们可以研究具有有限数量不同角色的个体在何种条件下能够合作以维持分工网络。
在以往的网络互惠研究中,合作的进化是在个体网络上进行的,其中每个节点代表一个参与者,参与者通过与其他节点上的参与者互动并比较收益来更新他们的策略(例如Nowak和May, 1992;Nakamaru等人, 1997;Mcavoy和Hauert, 2015;Su等人, 2022)。除了对称互动外,还研究了网络中合作进化的非对称互动游戏(Szolnoki和Szabó, 2007;Mcavoy和Hauert, 2015)。然而,由于特定子任务的专门化,分工中的某个角色或子任务可能有很多参与者,从而形成了专门的参与者群体。任何具有子任务的群体中的参与者会与非同一子任务的其他群体中的参与者进行非对称互动。他们可能会通过比较自己群体内其他参与者的利润或收益来改变策略。这种情况无法用个体网络来描述,因此需要考虑群体网络来进行分工研究。然而,也有一些研究考虑了群体网络,即每个群体位于网络的一个节点上,一个群体中的参与者与其相邻群体中的参与者互动,参与者在所属群体内更新他们的策略(Nakamaru等人, 2018;Nirjhor和Nakamaru, 2023b, Nirjhor和Nakamaru, 2023a)。
关于供应链有许多理论和实证研究,供应链本质上是分工的一种形式;可以使用货币投入产出表来估计特定供应链上各行业之间的关系。已有基于代理的供应链研究,这些研究假设了不同行业中的企业(例如Min和Zhou, 2002;Utomo等人, 2018;Inoue和Todo, 2019);可以通过基于代理的模型校准特定企业的货币流动,然后利用投入产出表和其他资源来估计灾难对实际供应链网络的影响(Inoue和Todo, 2019)。这些基于代理的模拟研究没有考虑供应链中每个参与者的合作或背叛行为,因为关于参与者决策的数据不可用。
在本文中,我们将探讨在具有有限数量角色并导向单一输出的一般分工网络中,是什么促进了合作的进化。在我们的模型中,即使有背叛行为,分工也不会停止。我们的模型可以描述任何具有单一输出的分工中的合作进化,因为网络结构对合作的进化没有任何影响。这正是我们希望通过本文证明的泛化现象。

模型

在具有单一输出的一般分工中,整个任务或劳动被划分为个子任务或角色,每个角色被分配给一个群体。因此,在有向网络中有个群体(图1a)。这里,角色和子任务可以互换使用。这里,∈ Ω,其中Ω是一组不包括1的正整数(例如{2, 3, 4})。设分工中的群体集合为G。那么,每个群体都有足够多的成员。

数值模拟分析

我们通过数值模拟分析来评估我们的理论预测。我们考虑了两种情况:一种是所有人的合作成本相同,另一种是每个人的成本不同。我们还研究了三种类型的奖励函数(线性函数、凸函数、凹函数)对合作进化的影响。无论奖励函数和成本顺序如何,图3显示更高的惩罚水平……

讨论与结论

合作对于维持分工至关重要。从合作进化的角度来看,我们提出了一个在具有单一输出的泛化网络上的有限分工模型。在这种分工中,过程在终止之前永远不会停止,如果网络中存在合作者,参与者可以获得奖励。我们的理论分析和数值模拟显示了合作的进化条件……

未引用的参考文献

CRediT作者贡献声明

Md Sams Afif Nirjhor:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,可视化,验证,方法论,调查,形式分析。 Fangyue Liu:验证,方法论,调查,形式分析。 Mayuko Nakamaru:撰写 – 审稿与编辑,可视化,验证,监督,项目管理,调查,资金获取,概念化。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

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