[Game Theory and Strategy 9]

賽局理論篇:演化賽局 Evolutionary Game

Chinese 賽局與策略

written by LiaoWC on 2021-07-03


演化賽局討論的是一個策略是不是能「長久穩定」的,這樣的策略我們稱它為「演化穩定策略」(Evolutionarily Stable Strategy)。假設有兩種策略 A 和 B,主要使用的策略是 A,若有一定的小比例的個體採用 B,而使用 A 的個體還是比使用 B 的更適應環境(更好的意思),那麼策略 A 就是一個演化穩定策略。

體型變大會比較好嗎?

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我們用下面這個例子來說明演化賽局的概念。假設有兩群特質相似的昆蟲 A 和 B。兩群昆蟲都有兩個策略:「體型小」和「體型大」,一開始所有昆蟲都是體型小的。

設定一下情境。如果昆蟲體型都是小,那麼大家可以平分食物資源,各收益為 10。如果大家體型都變大,因為大體型需要比較多食物,食物相較原本來說較缺乏,所以收益較少各為 5。如果一方體型變大一方維持體型小,那麼體型小的那方將會比較難和體型較大的競爭食物,體型大的能得到較多食入,收益較高為 13,體型小的搶不太到食物,收益我們設為 4,如下圖呈現:

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假設昆蟲群 B 有 x 比例的個體變化體型大,那麼昆蟲群 A 選擇體型小的收益是:$(10)(1-x)+(4)(x)=10-6x$

昆蟲群 A 選擇體型大的收益是:$(13)(1-x)+(5)(x)=13-8x$

我們算一下兩個收益誰比較大,兩邊各加上 $8x-10$:

$10-6x \Rightarrow 2x$

$13-8x\Rightarrow 3$

很明顯,由於 x 是比例,不可能大於 1,所以 3 必大於 $2x$,也就是說選擇體型大的收益比體型小的還要好!它是一個演化穩定的策略。

如果今天所有昆蟲都是屬於體型大的,那麼因為它是演化穩定的,所以即使有一小比例的昆蟲又變異成體型小,體型大仍是主流。

廣泛一點的演化穩定判定

我們把矩陣的數字都設成變數,假設它是對稱的如下圖:

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當 $(a>c) \quad \text{or} \quad (a=c \quad \text{and} \quad b>d)$ 時,策略一是個演化穩定策略。

延伸思考

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即然大家體型都變大的好處會比體型都比較小少(5 / 5 vs 10 / 10),這如果體型都變大了,還回得去體型都是小嗎?

可以換個例子想:在一片森林中,假設每棵樹一開始高度都一樣,一旦有樹開始變比較高,得到比較多的陽光並擋住其它樹的陽光後,是不是別的樹也會開始想長高?

用演化賽局的角度換來看我們的教育。在現在大學廣設、學位泛濫的時代裡,你高學歷有比較好嗎?可能比上一代或上上一代的好,但跟同一代的比,大家學歷都差不多高,你有比較有優勢嗎?大家反而還要花很多錢在教育上面。

那現在回得去以前嗎?如果只有你改變,而周圍的人仍然維持高學歷會如何?

圖片來源

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