SUPERVISOR
Farhad Fazileh,Peyman Sahebsara
فرهاد فضیله (استاد راهنما) پیمان صاحب سرا (استاد مشاور)
STUDENT
Sara Sadat Veradi Esfahani
ساراسادات ورادی اصفهانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Coexistence of Different Strategies in Evolutionary Dynamics by Limited Resources on a Scale-Free Graph
Cooperation among creatures can guarantee their life and their survival . According to this fact , one can explain the formation of complex biological structures . Gathering together , the single cells can produce more complete and more resistant creatures . Charles Darwin was among the first scientists who introduced a theory for evolution by means of natural selection . His theory has three basic facts : Number of off springs are always greater than the number of their parents , the species' population is constant , and there are always small differences between inheritable characteristics of parents and children; therefore , it can be inferred that the surviving children are those who can better adapted to the environment . This phenomenon is known as natural selection . At this point understanding of cooperation formatio among individuals of one particular species , and then among different species , will be very important as natural selection opposes it . There are always differences , advantages and weaknesses even among individuals of a same species; so why stronger individuals help the weaker to survive? Cooperation is still distinguished among species for years; however , accurate explanation for the process of cooperation needs more effort . In 1972 Robert Trivers , an evolutionary biologist and mathematician , mentioned a simple model describing interaction of two independent entity , which appeared to be helpful in understanding of this altruistic behavior . Although it is beneficial for both entities to cooperate in the mentioned interaction , both will eventually decide to defect at the end . The mentioned interaction is actually a famous model in game theory introduced by two mathematician , Merrill Flood and Melvin Dresher , a basic model for studying interactions and cooperation in game theory . After that a mathematician named Albert Tucker formulated it and gave it the name ``prisoner's dilemma" . All of the interactions of the same type are known as ``games'' . There are a great variety of them , all of them are studied in game theory . Logic is the foundation of game theory; however , if game theory is used for describing evolution without considering logic , we use the ``evolutionary game theory" , which is concluding the result of a game as a function of population of individuals entering the game as specific species . There are a variety of methods for achieving cooperation in games . One of these methods use a limited resource . In this model a number will be given to each player , interpreted as the player's resource . This resource distributes among players as they interact , or increases because of an environmental resource which benefits all of the players . Whenever this resource reaches a specific threshold , the owner of the resource add an offspring to the population and share the resource with the offspring . Take into account this resource and death , it has been verified that cooperation can survive . A more complicated way of game is done on a graph , that is having nodes of the graph as players . In this case the only players who are connected through an edge can interact . The theory studying this type of games is known as evolutionary graph theory . In this research limited resource model is applied to a specific graph , scale-free graph , in order to show the function of a graph in intensifying the final result of the game.
همکاری میان موجودات عاملی است که میتواند بقا و تکامل آنها را تضمین کند. با پذیرش این موضوع به راحتی میتوان چگونگی ایجاد ساختارهای پیچیدهی زیستی را درک کرد. تک سلولیها با قرارگیری در کنار هم و کمک به بقای یکدیگر میتوانند موجودات کاملتر و مقاومتری را ایجاد کنند. یکی از اولین نظریات معتبر تکامل که توسط داروین مطرح شد سه اصل اساسی دارد؛ تعداد فرزندان یک گونه بیشتر از والدین است، جمعیت طبیعی یک گونه ثابت است و فرزندان با والدین و با یکدیگر تنها در تعداد کمی از خصیصههای وراثتی تفاوت دارند. با توجه به این اصول از میان فرزندان آن تعداد که سازگاری بیشتری با محیط داشتهباشند، نجات مییابند. به این پدیده انتخاب طبیعی گفته میشود. درک چگونگی شکلگیری همکاری میان موجودات اهمیت دارد زیرا در تضاد با انتخاب طبیعی است. در میان افراد یک گونه هم تمایز ،برتری و ضعف مشاهده میشود؛ در این صورت چرا افراد قدرتمندتر باید به بقای سایرین کمک کنند؟ در واقع توصیف چگونگی ایجاد همکاری، هنوز هم مسأله چالشبرانگیزی است. در سال 1971 یک زیستشناس فعال در زمینهی تکامل به نام رابرت تیریورس به مدلی ساده از برهمکنش دو موجودیت مستقل اشاره کرد که به نظر به توجیه این رفتار نوعدوستانه مربوط بود. در این برخورد هرچند همکاری طرفین درگیر بسیار سودمند بود اما در نهایت آنها به سوءاستفاده متقابل کشیده میشدند.این برخورد در واقع برهمکنشی معروف در نظریهی بازی است که توسط دو ریاضیدان به نامهای مریل فلود و ملوین درشر معرفی شد و سپس ریاضیدانی به نام آلبرت تاکر آن را فرمولبندی کرد و نام معمای زندانی را بر آن نهاد. برهمکنشهایی مانند معمای زندانی در قالب یک نظریهی مدون به نام نظریهی بازی بررسی میشوند. پایهی مطالعات نظریهی بازی منطق است. اما هرگاه نظریهی بازی را برای توصیف تکامل استفاده کنیم و عنصر منطق را از آن حذف کرده و تحولات را با توجه فراوانی نسبی گونهها در جمعیت بررسی کنیم، وارد حوزهی نظریه بازی تکاملی میشویم. به بیان دیگر نتیجهی یک بازی در این نظریه، تابع تعداد افرادی از جمعیت است که به عنوان یک گونهی مستقل وارد بازی میشوند. تا کنون روشهای متنوعی برای تغییر بازی پیشنهاد شده است که همگی مکانیزمهایی را برای مرجح کردن همکاری یا نوع دوستی شامل میشوند. مدل منابع محدود، یکی از این مدلها است. در این مدل فرض می شود که هر بازیکن عددی را با خود حمل میکند که تنها به وی تعلق دارد و آن را منبع بازیکن می نامند. در هر برهمکنش این منیع میان بازیکنان انتقال می یابد و یا به سبب بهرهای که از محیط اطراف به آنها میرسد بر آن افزوده می شود. هرگاه این منبع به مقدار مشخصی برسد فرد فرزندی به جمعیت اضافه میکند که همهی مشخصات آن مشابه مشخصات خودش، یعنی شخص والد، است. همزمان با این رخداد والد منبع خود را با فرزند نصف میکند. نشان داده شده که با در نظر گرفتن این منیع و وارد کردن مرگ و میر در جمعیت میتوان به حالتی دست یافت که همکاری در جمعیت پایدار بماند. حالت پیچیدهتر بازیها هنگامی رخ میدهد که نقاط یک گراف، بازیکنان بازیها باشند. در این صورت تنها بازیکنانی که با یکدیگر از طریق یالی ارتباط داشتهباشند مجاز به بازی با یکدیگر هستند. نظریهای که این مطالعات در چهارچوب آن بررسی میشود، نظریهی تکاملی گراف نامیده میشود. در این تحقیق مدل منابع محدود روی یک شبکهی خاص، شبکهی بیمقیاس، بررسی شده و نتیجهی به کارگیری شبکه در تقویت مدل در عمل، از طریق شبیهسازی، مشاهده میشود.