[论文解读] 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 5

一句话总结

本文通过一种自组织的基于代理的系统，模拟多层级动物社会中的领导层级结构，其中具有不同寻路能力的个体形成领导者-追随者关系。结果表明，受普氏野马群落启发的模块化、一妻多夫制结构，能最大化群体成功，并产生比非模块化替代方案更层级化的网络结构，且马群规模与对数正态分布高度吻合。

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.

研究动机与目标

• 理解动物群体中领导层级与模块化社会结构的共同演化机制。
• 探究受普氏野马群落启发的模块化组织是否能提升群体移动的集体成功率。
• 确定马群中观察到的马群规模比例是否对应于最优网络配置。
• 比较模块化与非模块化层级网络在群体成功与网络层级性方面的表现。

提出的方法

• 在模拟环境中，代理尝试寻找最优移动方向，其成功程度影响领导地位的产生。
• 基于在寻找移动方向上的相对成功程度，动态形成领导者-追随者关系网络。
• 基于对普氏野马群落的观察，建模马群形成行为，将模块化结构引入网络。
• 将群体成功作为不同网络配置下集体表现的衡量指标。
• 分析并比较马群规模分布与经验性对数正态分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 模块化领导结构是否比非模块化结构带来更高的集体成功率？
• RQ2 普氏野马中观察到的马群成员比例是否对群体表现而言是最优的？
• RQ3 模型中马群规模的分布与实证数据相比如何？
• RQ4 自组织机制在多大程度上能同时产生层级化与模块化网络结构？

主要发现

• 普氏野马中观察到的马群与成员比例对应于能最大化群体共同成功率的最优网络配置。
• 模块化结构的层级网络比非模块化结构带来更高的集体成功率。
• 模块化模型中的底层网络比非模块化对应结构具有更强的层级性。
• 实验数据与模型中的马群规模分布均与对数正态分布高度吻合。