Evolutionary dynamics of any multiplayer game on regular graphs

复制因子方程 计算机科学 选择(遗传算法) 人口 类比 理论计算机科学 数理经济学 数学 人工智能 语言学 哲学 社会学 人口学
作者
Chaoqian Wang,Matjaž Perc,Attila Szolnoki
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49505-5
摘要

Abstract Multiplayer games on graphs are at the heart of theoretical descriptions of key evolutionary processes that govern vital social and natural systems. However, a comprehensive theoretical framework for solving multiplayer games with an arbitrary number of strategies on graphs is still missing. Here, we solve this by drawing an analogy with the Balls-and-Boxes problem, based on which we show that the local configuration of multiplayer games on graphs is equivalent to distributing k identical co-players among n distinct strategies. We use this to derive the replicator equation for any n -strategy multiplayer game under weak selection, which can be solved in polynomial time. As an example, we revisit the second-order free-riding problem, where costly punishment cannot truly resolve social dilemmas in a well-mixed population. Yet, in structured populations, we derive an accurate threshold for the punishment strength, beyond which punishment can either lead to the extinction of defection or transform the system into a rock-paper-scissors-like cycle. The analytical solution also qualitatively agrees with the phase diagrams that were previously obtained for non-marginal selection strengths. Our framework thus allows an exploration of any multi-strategy multiplayer game on regular graphs.
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