Published July 7, 2011 | Version v1
Publication Open

Resolution of the Stochastic Strategy Spatial Prisoner's Dilemma by Means of Particle Swarm Optimization

  • 1. Peking University
  • 2. University of Maribor

Description

We study the evolution of cooperation among selfish individuals in the stochastic strategy spatial prisoner's dilemma game. We equip players with the particle swarm optimization technique, and find that it may lead to highly cooperative states even if the temptations to defect are strong. The concept of particle swarm optimization was originally introduced within a simple model of social dynamics that can describe the formation of a swarm, i.e., analogous to a swarm of bees searching for a food source. Essentially, particle swarm optimization foresees changes in the velocity profile of each player, such that the best locations are targeted and eventually occupied. In our case, each player keeps track of the highest payoff attained within a local topological neighborhood and its individual highest payoff. Thus, players make use of their own memory that keeps score of the most profitable strategy in previous actions, as well as use of the knowledge gained by the swarm as a whole, to find the best available strategy for themselves and the society. Following extensive simulations of this setup, we find a significant increase in the level of cooperation for a wide range of parameters, and also a full resolution of the prisoner's dilemma. We also demonstrate extreme efficiency of the optimization algorithm when dealing with environments that strongly favor the proliferation of defection, which in turn suggests that swarming could be an important phenomenon by means of which cooperation can be sustained even under highly unfavorable conditions. We thus present an alternative way of understanding the evolution of cooperative behavior and its ubiquitous presence in nature, and we hope that this study will be inspirational for future efforts aimed in this direction.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ندرس تطور التعاون بين الأفراد الأنانيين في لعبة معضلة الأسرى المكانية الاستراتيجية العشوائية. نحن نزود اللاعبين بتقنية تحسين سرب الجسيمات، ونجد أنها قد تؤدي إلى حالات تعاون عالية حتى لو كانت إغراءات الانشقاق قوية. تم تقديم مفهوم تحسين سرب الجسيمات في الأصل ضمن نموذج بسيط للديناميكيات الاجتماعية التي يمكن أن تصف تكوين سرب، أي مشابه لسرب من النحل يبحث عن مصدر غذائي. بشكل أساسي، يتوقع تحسين سرب الجسيمات تغييرات في ملف تعريف السرعة لكل لاعب، بحيث يتم استهداف أفضل المواقع وشغلها في النهاية. في حالتنا، يتتبع كل لاعب أعلى عائد تم تحقيقه داخل حي طوبولوجي محلي وأعلى عائد فردي له. وبالتالي، يستفيد اللاعبون من ذاكرتهم الخاصة التي تحافظ على درجة الاستراتيجية الأكثر ربحية في الإجراءات السابقة، بالإضافة إلى استخدام المعرفة التي اكتسبها السرب ككل، للعثور على أفضل استراتيجية متاحة لأنفسهم وللمجتمع. بعد عمليات محاكاة مكثفة لهذا الإعداد، نجد زيادة كبيرة في مستوى التعاون لمجموعة واسعة من المعلمات، وكذلك حل كامل لمعضلة السجين. نظهر أيضًا الكفاءة القصوى لخوارزمية التحسين عند التعامل مع البيئات التي تفضل بشدة انتشار الانشقاق، مما يشير بدوره إلى أن الاحتشاد يمكن أن يكون ظاهرة مهمة يمكن من خلالها الحفاظ على التعاون حتى في ظل ظروف غير مواتية للغاية. وبالتالي نقدم طريقة بديلة لفهم تطور السلوك التعاوني ووجوده في كل مكان في الطبيعة، ونأمل أن تكون هذه الدراسة ملهمة للجهود المستقبلية التي تهدف إلى هذا الاتجاه.

Translated Description (French)

Nous étudions l'évolution de la coopération entre individus égoïstes dans le jeu du dilemme du prisonnier spatial de stratégie stochastique. Nous dotons les joueurs de la technique d'optimisation des essaims de particules, et constatons qu'elle peut conduire à des états hautement coopératifs même si les tentations de défaut sont fortes. Le concept d'optimisation d'essaim de particules a été introduit à l'origine dans un modèle simple de dynamique sociale qui peut décrire la formation d'un essaim, c'est-à-dire analogue à un essaim d'abeilles à la recherche d'une source de nourriture. Essentiellement, l'optimisation de l'essaim de particules prévoit des changements dans le profil de vitesse de chaque joueur, de sorte que les meilleurs emplacements sont ciblés et éventuellement occupés. Dans notre cas, chaque joueur garde une trace des gains les plus élevés obtenus dans un quartier topologique local et de ses gains individuels les plus élevés. Ainsi, les joueurs utilisent leur propre mémoire qui conserve le score de la stratégie la plus rentable dans les actions précédentes, ainsi que l'utilisation des connaissances acquises par l'essaim dans son ensemble, pour trouver la meilleure stratégie disponible pour eux-mêmes et la société. Après de nombreuses simulations de cette configuration, nous constatons une augmentation significative du niveau de coopération pour un large éventail de paramètres, ainsi qu'une résolution complète du dilemme du prisonnier. Nous démontrons également une efficacité extrême de l'algorithme d'optimisation lorsqu'il s'agit d'environnements qui favorisent fortement la prolifération de la défection, ce qui suggère que l'essaimage pourrait être un phénomène important au moyen duquel la coopération peut être maintenue même dans des conditions très défavorables. Nous présentons ainsi une manière alternative de comprendre l'évolution du comportement coopératif et sa présence omniprésente dans la nature, et nous espérons que cette étude sera source d'inspiration pour les futurs efforts visant à cette fin.

Translated Description (Spanish)

Estudiamos la evolución de la cooperación entre individuos egoístas en el juego del dilema del prisionero espacial de la estrategia estocástica. Equipamos a los jugadores con la técnica de optimización de enjambre de partículas y descubrimos que puede conducir a estados altamente cooperativos, incluso si las tentaciones de desertar son fuertes. El concepto de optimización de enjambres de partículas se introdujo originalmente dentro de un modelo simple de dinámica social que puede describir la formación de un enjambre, es decir, análogo a un enjambre de abejas en busca de una fuente de alimento. Esencialmente, la optimización del enjambre de partículas prevé cambios en el perfil de velocidad de cada jugador, de modo que las mejores ubicaciones sean seleccionadas y eventualmente ocupadas. En nuestro caso, cada jugador realiza un seguimiento de la recompensa más alta alcanzada dentro de un vecindario topológico local y su recompensa más alta individual. Por lo tanto, los jugadores hacen uso de su propia memoria que mantiene la puntuación de la estrategia más rentable en las acciones anteriores, así como el uso de los conocimientos adquiridos por el enjambre en su conjunto, para encontrar la mejor estrategia disponible para ellos y la sociedad. Tras extensas simulaciones de esta configuración, encontramos un aumento significativo en el nivel de cooperación para una amplia gama de parámetros, y también una resolución completa del dilema del prisionero. También demostramos una eficiencia extrema del algoritmo de optimización cuando se trata de entornos que favorecen fuertemente la proliferación de la deserción, lo que a su vez sugiere que el enjambre podría ser un fenómeno importante por medio del cual la cooperación puede sostenerse incluso en condiciones altamente desfavorables. Por lo tanto, presentamos una forma alternativa de comprender la evolución del comportamiento cooperativo y su presencia ubicua en la naturaleza, y esperamos que este estudio sea inspirador para futuros esfuerzos dirigidos en esta dirección.

Files

journal.pone.0021787&type=printable.pdf

Files (642.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ca1f2fecd40573f811b2db722e0a63b3
642.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حل معضلة الاستراتيجية العشوائية للسجين المكاني عن طريق تحسين سرب الجسيمات
Translated title (French)
Résolution du dilemme du prisonnier spatial de la stratégie stochastique au moyen de l'optimisation de l'essaim de particules
Translated title (Spanish)
Resolución del dilema del preso espacial de la estrategia estocástica por medio de la optimización del enjambre de partículas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2147750877
DOI
10.1371/journal.pone.0021787

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1498617765
  • https://openalex.org/W1580876177
  • https://openalex.org/W1963828570
  • https://openalex.org/W1964181405
  • https://openalex.org/W1975394614
  • https://openalex.org/W1981055060
  • https://openalex.org/W1982951374
  • https://openalex.org/W1992195122
  • https://openalex.org/W1996118735
  • https://openalex.org/W1997418576
  • https://openalex.org/W2000868439
  • https://openalex.org/W2000929155
  • https://openalex.org/W2009481751
  • https://openalex.org/W2009807029
  • https://openalex.org/W2012086630
  • https://openalex.org/W2012898232
  • https://openalex.org/W2024286365
  • https://openalex.org/W2024845611
  • https://openalex.org/W2025490132
  • https://openalex.org/W2030375360
  • https://openalex.org/W2033485858
  • https://openalex.org/W2034265381
  • https://openalex.org/W2035945778
  • https://openalex.org/W2042013365
  • https://openalex.org/W2042517002
  • https://openalex.org/W2044219950
  • https://openalex.org/W2047369274
  • https://openalex.org/W2055311108
  • https://openalex.org/W2056000877
  • https://openalex.org/W2057714516
  • https://openalex.org/W2059433670
  • https://openalex.org/W2063792498
  • https://openalex.org/W2064264248
  • https://openalex.org/W2064932793
  • https://openalex.org/W2065529435
  • https://openalex.org/W2077091446
  • https://openalex.org/W2085728653
  • https://openalex.org/W2108800030
  • https://openalex.org/W2109364787
  • https://openalex.org/W2121650795
  • https://openalex.org/W2123105630
  • https://openalex.org/W2132977878
  • https://openalex.org/W2139426230
  • https://openalex.org/W2140424335
  • https://openalex.org/W2167062553
  • https://openalex.org/W2169258361
  • https://openalex.org/W2171573550
  • https://openalex.org/W2226396244
  • https://openalex.org/W2543580944
  • https://openalex.org/W3098354597
  • https://openalex.org/W3100119728
  • https://openalex.org/W3100438659
  • https://openalex.org/W3102745896
  • https://openalex.org/W3103152952
  • https://openalex.org/W3104478195
  • https://openalex.org/W4242285942
  • https://openalex.org/W4243845907
  • https://openalex.org/W4248343814