Evolutionary Games with Sociophysics: Analysis of Traffic Flow and Epidemics

کاربردهای اخیر نظریه بازی های تکاملی در ادغام زمینه های علوم ریاضی و اجتماعی به طرز درخشانی در این کتاب به تصویر کشیده شده است که فیزیک اجتماعی را برجسته می کند و نشان می دهد که چگونه این رویکرد می تواند به مدل سازی کمی سیستم های پیچیده انسانی-محیطی-اجتماعی کمک کند. .

ابتدا، خوانندگان با مبانی نظریه بازی های تکاملی آشنا می شوند. بازی دو نفره، دو استراتژی، یا بازی 2×2، به عنوان یک کهن الگو برای کمک به درک دشواری همکاری برای بقا در برابر فرار در زمینه های اجتماعی رایج ارائه شده است. متعاقباً، کتاب پیشینه نظری بازی چند نفره و دو استراتژی را توضیح می‌دهد که ممکن است به طور گسترده‌تری نسبت به بازی 2×2 برای معضلات اجتماعی قابل استفاده باشد. آخرین کاربردهای بازی‌های 2×2 نیز مورد بحث قرار گرفته‌اند تا بررسی شود که چگونه مکانیسم‌های تعامل یکپارچه می‌توانند معضلات اجتماعی را حل کنند.

به نوبه خود، این کتاب دو حوزه عملی را توصیف می‌کند که در آن نظریه بازی‌های تکاملی به کار گرفته شده است. اولین مورد به تجزیه و تحلیل جریان ترافیک مربوط می شود. در تفاسیر مرسوم، جریان ترافیک را می توان با استفاده از دینامیک سیال درک کرد، که در آن جریان وسایل نقلیه به عنوان یک بدنه پیوسته ارزیابی می شود. با این حال، چنین ایده ساده ای در واقعیت به خوبی کار نمی کند، به خصوص اگر فرآیند تصمیم گیری راننده در نظر گرفته شود. معضلات مختلف شامل ساختارهای پیچیده ای است که عمدتاً به تراکم ترافیک بستگی دارد، مکاشفه ای که باید به ایجاد یک راه حل عملی برای کاهش تراکم ترافیک کمک کند.

دوم، این کتاب بینش های دقیقی را در مورد اینکه چقدر نظریه بازی های تکاملی می تواند در این زمینه قدرتمند باشد ارائه می دهد. زمینه اپیدمیولوژی هر دو رویکرد، شبه تحلیلی و شبیه‌سازی چند عاملی، می‌توانند چگونگی گسترش یک بیماری عفونی مانند آنفولانزای فصلی در یک شبکه اجتماعی پیچیده را روشن کنند که به طور قابل توجهی تحت تأثیر نگرش عمومی نسبت به واکسیناسیون قرار دارد. یک روش برای طراحی بهینه یک سیاست واکسیناسیون عمومی با ترکیب یارانه‌ها برای افزایش موثر پوشش واکسیناسیون و در عین حال به حداقل رساندن هزینه اجتماعی پیشنهاد شده است.

Recent applications of evolutionary game theory in the merging fields of the mathematical and social sciences are brilliantly portrayed in this book, which highlights social physics and shows how the approach can help to quantitatively model complex human–environmental–social systems.

First, readers are introduced to the fundamentals of evolutionary game theory. The two-player, two-strategy game, or the 2 × 2 game, is presented as an archetype to help understand the difficulty of cooperating for survival against defection in common social contexts. Subsequently, the book explains the theoretical background of the multi-player, two-strategy game, which may be more widely applicable than the 2 × 2 game for social dilemmas. The latest applications of 2 × 2 games are also discussed to explore how integrated reciprocity mechanisms can solve social dilemmas.

In turn, the book describes two practical areas in which evolutionary game theory has been applied. The first concerns traffic flow analysis. In conventional interpretations, traffic flow can be understood by means of fluid dynamics, in which the flow of vehicles is evaluated as a continuum body. Such a simple idea, however, does not work well in reality, particularly if a driver’s decision-making process is considered. Various dilemmas involve complex structures that depend primarily on traffic density, a revelation that should help establish a practical solution for reducing traffic congestion.

Second, the book provides keen insights into how powerful evolutionary game theory can be in the context of epidemiology. Both approaches, quasi-analytical and multi-agent simulation, can clarify how an infectious disease such as seasonal influenza spreads across a complex social network, which is significantly affected by the public attitude toward vaccination. A methodology is proposed for the optimum design of a public vaccination policy incorporating subsidies to efficiently increase vaccination coverage while minimizing the social cost.