Wetenschap
Een verrassend resultaat voor de optimale weg naar samenwerking van een groep
Wat is de beste manier voor een groep individuen om samen te werken? Dit is een al lang bestaande vraag die zijn wortels heeft in de speltheorie, een tak van de wetenschap die gebruik maakt van wiskundige modellen over hoe individuen het beste hun strategie kunnen bepalen voor het optimale resultaat.
Een eenvoudig voorbeeld is het gevangenendilemma:twee mensen worden gearresteerd wegens een vermeende bankoverval. De politie brengt ze naar het centrum en plaatst ze in individuele, geïsoleerde verhoorkamers.
De politie geeft toe dat ze niet genoeg bewijs hebben om hen beiden te veroordelen, en geeft iedereen dezelfde optie:als hij bekent en zijn partner niet, zullen ze de biechtvader vrijlaten en de ander veroordelen voor de ernstige beschuldiging van bankoverval. Maar als de één niet bekent en de ander wel, krijgt de eerste een lange gevangenisstraf en wordt de ander vrijgelaten. Als beiden bekennen, worden ze allebei voor vele jaren opgesloten. Als geen van beiden bekent, worden ze aangeklaagd op basis van een lagere aanklacht wegens wapenbezit.
Wat moet iedereen doen om de tijd in de gevangenis tot een minimum te beperken? Zwijgt iemand en vertrouwt hij erop dat zijn partner hetzelfde doet en een kortere gevangenisstraf accepteert? Of bekent hij, in de hoop dat de ander zwijgt. Maar wat als de ander ook bekent? Het is een niet benijdenswaardige positie.
Er bestaat geen juiste oplossing voor het gevangenendilemma. Andere vergelijkbare problemen zijn het kippenspel, waarbij elke coureur naar de ander racet, waarbij hij het risico loopt een frontale botsing te krijgen, of op het laatste moment uitwijkt en vernedering riskeert - 'kip' worden genoemd vanwege een gebrek aan moed. Er bestaan nog veel meer eenvoudige spellen.
Stel je nu een groep voor:het kunnen mensen zijn, of het kunnen een soort cellulaire organismen zijn. Wat voor soort samenwerking levert het optimale resultaat op, wanneer elk individu verbonden is met een aantal anderen en kosten (geld, energie, tijd) betaalt om een resultaat te creëren dat iedereen ten goede komt? Het is een gegeven dat individuen egoïstisch zijn en in hun eigen belang handelen, maar we weten ook dat samenwerking tot een beter resultaat voor iedereen kan leiden. Zullen sommigen het risico nemen, of alleen voor zichzelf zorgen?
Een al lang bestaand resultaat is dat, in een homogeen netwerk waarin alle individuen hetzelfde aantal buren hebben, samenwerking wordt begunstigd als de verhouding tussen het voordeel dat een samenwerker levert en de daaraan verbonden kosten groter is dan het gemiddelde aantal buren.
Maar mensen zijn niet homogeen, ze zijn heterogeen, en ze hebben meestal niet hetzelfde aantal banden met buren als alle anderen, of veranderen hun strategie niet in dezelfde mate.
Het is ook bekend dat het toestaan van elk individu om zijn strategie op precies hetzelfde moment bij te werken, zoals het onmiddellijk nabootsen van zijn buurman, de evolutie van de samenwerking aanzienlijk verandert. Uit eerder onderzoek is gebleken dat alomtegenwoordige heterogene individuele verbindingen de samenwerking belemmeren wanneer wordt aangenomen dat individuen hun strategieën in hetzelfde tempo bijwerken.
Nu heeft een groep onderzoekers in China, Canada en de VS een verrassend resultaat gevonden:wanneer de snelheid waarmee de strategie van individuen wordt bijgewerkt omgekeerd evenredig is aan het aantal verbindingen, presteren heterogene verbindingen beter dan homogene verbindingen bij het bevorderen van samenwerking. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .
"Hoe de kwantitatieve impact van de heersende heterogene netwerkstructuren op de opkomst van groepsoptimale strategieën kan worden geanalyseerd, is een al lang bestaande open vraag die veel aandacht heeft getrokken", zegt Aming Li, co-auteur en assistent-professor in Dynamics and Control bij Universiteit van Peking.
Li's team loste het probleem op door analytische berekeningen, ondersteund door computersimulaties, om de fundamentele regel te vinden voor het onderhouden van collectieve samenwerking:"De knooppunten met substantiële verbindingen binnen het complexe systeem zouden hun strategieën niet vaak moeten bijwerken", zegt hij. Dat wil zeggen dat de updatefrequenties van individuele strategieën omgekeerd moeten variëren met het aantal verbindingen dat ze in het netwerk hebben. Op deze manier presteert een netwerk met heterogene verbindingen tussen individuen beter dan een netwerk met homogene verbindingen bij het bevorderen van samenwerking.
Het team heeft ook een algoritme ontwikkeld dat op de meest efficiënte manier de optimale strategie-updatefrequenties vindt die de optimale strategieën van de groep tot stand brengen, dat zij OptUpRat noemen. Dit algoritme helpt het collectieve nut in groepen en is, zegt Li, "ook essentieel bij de ontwikkeling van robotachtige samenwerkingssystemen." De bevinding zal nuttig zijn voor onderzoekers op multidisciplinaire gebieden als cybernetica, kunstmatige intelligentie, systeemwetenschap, speltheorie en netwerkwetenschap.
"Wij geloven dat het gebruik van AI-gerelateerde technieken om individuele beslissingen te optimaliseren en collectieve intelligentie te stimuleren de volgende onderzoekshotspot zal zijn."