[论文解读] The Effect of Social Learning on Individual Learning and Evolution

Chris Marriott, Jobran Chebib|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2014

Evolutionary Game Theory and Cooperation参考文献 12被引用 10

一句话总结

本研究模拟了一组人工代理在资源采集任务中进化出遗传、个体及社会学习能力。结果表明，社会学习使文化演化（memetic evolution）与遗传演化（genetic evolution）脱钩，使年轻代理可优先学习，而年长代理则最小化学习行为，从而在基因组与文化组之间产生不同的进化压力。

ABSTRACT

We consider the effects of social learning on the individual learning and genetic evolution of a colony of artificial agents capable of genetic, individual and social modes of adaptation. We confirm that there is strong selection pressure to acquire traits of individual learning and social learning when these are adaptive traits. We show that selection pressure for learning of either kind can supress selection pressure for reproduction or greater fitness. We show that social learning differs from individual learning in that it can support a second evolutionary system that is decoupled from the biological evolutionary system. This decoupling leads to an emergent interaction where immature agents are more likely to engage in learning activities than mature agents.

研究动机与目标

• 探究人工代理中遗传适应、个体学习与社会学习的共同进化机制。
• 考察学习机制如何与繁殖和适应度的选择压力相互作用并改变其特性。
• 探索社会学习是否能够实现文化演化与遗传演化之间的脱钩。
• 分析在具备学习能力的群体中，年轻代理与成熟代理所承受的差异化进化压力。
• 确定学习机制如何影响进化系统中选择屏蔽与选择增强的动力学特征。

提出的方法

• 代理被赋予一个基因组（静态、可遗传）和一个文化组（动态、可学习），二者均以50个基因复合体表示，编码每日行动。
• 每个基因复合体指定包括采集、个体学习、社会学习和繁殖在内的行动，每项消耗一个时间单位。
• 资源点被定义为{1,2,3,4,5}的子集，含1至3个资源；代理必须排列检查顺序以最小化成本。
• 采集成本为找到所有资源前的检查次数；最优成本等于奖励值，最大成本为5。
• 每个代理每天花费50个时间单位用于采集、学习或繁殖，适应度基于每日总奖励。
• 社会学习使代理能够采纳社区中最常见或最有效的文化复合体，从而实现文化演化独立于基因组。

实验结果

研究问题

• RQ1 个体学习与社会学习如何影响人工代理在遗传繁殖与适应度方面所承受的选择压力？
• RQ2 社会学习在多大程度上使文化演化与遗传演化在种群中实现脱钩？
• RQ3 为何年轻代理对学习行为表现出更强的选择压力，而成熟代理则不然？
• RQ4 学习机制的存在如何改变适应度景观的形态与选择动力学？
• RQ5 在具备学习能力的代理中，不同年龄类别的学习与繁殖行为呈现出何种涌现性模式？

主要发现

• 社会学习导致文化演化（基于文化复合体）与遗传演化脱钩，使文化组可独立于基因组演化。
• 年轻代理因初始适应度较低，对社会学习与个体学习表现出强烈选择压力，而年长代理则因需优先采集而降低对学习的选择压力。
• 具备学习能力的代理，特别是社会学习者，其繁殖行为的选择压力显著减弱，这是由于‘选择屏蔽’效应所致。
• 文化组演化出消除冗余学习与繁殖行为的机制，而基因组仍持续选择这些行为，表明二者演化轨迹存在显著差异。
• 社会学习者在基因组与文化组行为之间表现出最显著的分化：年轻代理优先学习，年长代理则最小化学习。
• 该模型揭示了个体学习者中的贝德曼效应（Baldwin effect），以及社会学习者中因早期性能优化与文化继承而产生的新型选择增强机制。