[論文レビュー] Modeling Leadership Hierarchy in Multilevel Animal Societies

Katalin Ozogány, Tamás Vicsek|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2014

Evolutionary Game Theory and Cooperation参考文献 20被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、移動方向の特定能力にばらつきを示す個体が自己組織的でエージェントベースのシステムに従い、リーダー・フォロワー関係を形成することで、多段階の動物社会におけるリーダーシップの階層をモデル化している。このモデルは、シュプレワルスキウマの群れにインspiredされたモジュラーでハーメン様の構造が、グループの成功を最適化し、非モジュラーな代替案よりもより階層的なネットワークを生み出すことを示している。また、ハーメンのサイズは対数正規分布に極めて近い。

ABSTRACT

A typical feature of many natural and social networks is the presence of communities giving rise to multiple levels of organization. We investigate the decision-making process of a group combining self organization and social dynamics, and reproduce the simultaneous emergence of a hierarchical and modular leadership network. All individuals in the model try, with varying degrees of ability, to find a direction of movement, with the result that leader-follower relationships evolve between them, since they tend to follow the more successful ones. The harem-forming ambitions of male individuals inspired by an observed Przewalski horse herd (Hortob\'agy, Hungary) leads to modular structure. In this approach we find that the harem-leader to harem-member ratio observed in horses corresponds to an optimal network regarding common success, and that modularly structured hierarchy is more benefical than a non-modular one, in the sense that common success is higher, and the underlying network is more hierarchical. We also find that the experimental and model harem size distributions are close to a lognormal.

研究の動機と目的

• 動物群れにおけるリーダーシップの階層とモジュラーな社会構造がどのように共進化するかを理解すること。
• シュプレワルスキウマの群れにインspiredされたモジュラー組織が、群れ移動における集団的成功を向上させるかどうかを調査すること。
• ウマの観察されたハーメンサイズ比が、最適なネットワーク構成に対応しているかどうかを特定すること。
• グループの成功とネットワークの階層性という観点から、モジュラーと非モジュラーな階層的ネットワークのパフォーマンスを比較すること。

提案手法

• エージェントは模擬環境内で最適な移動方向を特定しようと試みるが、その成功度がリーダーシップの出現に影響を与える。
• リーダーシップ関係は、移動方向の特定における相対的成功に基づき動的に形成され、リーダー・フォロワーのネットワークが構築される。
• ハーメン形成行動は、観察されたシュプレワルスキウマの群れに基づきモデル化され、ネットワークにモジュラー構造が導入される。
• グループの成功は、異なるネットワーク構成における集団的パフォーマンスの指標として評価される。
• ハーメンサイズの分布が、実証的な対数正規分布と比較・分析される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モジュラーなリーダーシップ構造は、非モジュラー構造よりも高い集団的成功をもたらすか？
• RQ2 シュプレワルスキウマにおける観察されたハーメン対メンバー比は、グループパフォーマンスの最適化に適しているか？
• RQ3 モデルにおけるハーメンサイズの分布は、実証データとどのように比較できるか？
• RQ4 自己組織的プロセスが、同時に階層的かつモジュラーなネットワーク構造をどの程度生み出すか？

主な発見

• シュプレワルスキウマにおける観察されたハーメン対メンバー比は、共通の成功を最大化する最適なネットワーク構成に対応している。
• モジュラー構造を持つ階層は、非モジュラー構造よりも高い集団的成功を達成する。
• モジュラー・モデルにおける基盤となるネットワークは、非モジュラーな対応物よりもより階層的である。
• 実験的データとモデル両方におけるハーメンサイズの分布は、対数正規分布に極めて近い。