Die Evolution der Kooperation

Leg die Startmischung einer Population fest, die Axelrods Turnier gegen sich selbst spielt. Jede Generation multipliziert den Anteil jeder Strategie mit ihrem Abschneiden gegen die tatsächlich angetroffene Population. Die Gewinner vermehren sich, die Verlierer scheiden aus.

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Lektion

Die Theorie — Die Evolution der Kooperation

Erst die Replikatorgleichung macht aus einem Turnier eine Ökologie. Jede Strategie nimmt einen Anteil der Population ein. Ihre Fitness ist der Ertrag, den sie pro Runde gegen die tatsächlich angetroffene Population erzielt. Sie tritt dabei gegen jede andere Strategie an, gewichtet nach deren Häufigkeit. Für die nächste Generation wird jeder Anteil mit seiner eigenen Fitness multipliziert und durch den Populationsdurchschnitt geteilt. Liegt eine Strategie über dem Durchschnitt, wächst sie. Liegt sie darunter, schrumpft sie. Sonst passiert nichts. Keine Strategie wird jemals neu erfunden, bewusst ausgewählt oder erlernt.

Was die einzelnen Symbole bedeuten

pᵢ
der Anteil der Population, der Strategie i spielt
fᵢ
was diese Strategie pro Runde gegen die gesamte Population erzielt
f̄
der Populationsdurchschnitt, der Maßstab, an dem du jede Strategie misst
Setzt voraus
Wir setzen eine unendlich große, gut durchmischte Population voraus: Jede Strategie begegnet jeder anderen exakt im Verhältnis ihres Anteils. Es gibt weder lokale Nachbarschaften noch Zufall. Deshalb sind die Anteile kontinuierliche Werte und keine bloßen Anzahlen von Individuen. Aus demselben Grund kannst du in Erkenntnisblock 2 einen Anteil bis auf 10⁻¹⁷⁶ hinab verfolgen, ohne dass das Modell bemerkt, dass eine solche Population gar nicht existiert.

Die Defektoren sterben an ihrem eigenen Erfolg 🖖

Klick auf Vertrauen bis zum Ende und beobachte die rote Linie. Ein Prozent der Population defektiert. 97 % kooperieren mit jedem. Acht Generationen lang passiert fast nichts. Dann übersteigt die Defektion in Generation 9 die halbe Welt und in Generation 12 ganze 90 %. Bis Generation 14 erklärt die Tabelle die bedingungslosen Kooperatoren für ausgestorben. In diesem Moment stirbt auch das Einkommen der Defektoren, denn es war dasselbe. Ein Defektor, der auf einen anderen Defektor trifft, verdient 1 pro Runde. Die mittlere Auszahlung verharrt von Generation 15 bis Generation 120 bei 1,00 – einhundert Generationen, in denen jeder jeden ausnimmt. Währenddessen kamen Tit for Two Tats, Tit for Tat und Grudger mit jeweils etwa 0,17 % durch die Hungersnot. Wenn zwei von ihnen aufeinandertreffen, verdienen sie weiterhin 3. Ihre drei Anteile wachsen zusammen um etwa anderthalb Prozent pro Generation. Das sieht ein Jahrhundert lang nach nichts aus und dann plötzlich nach sehr viel. Die Defektoren halten in Generation 120 noch 97,1 % und in 150 noch 6,5 %. Bis 155 sind sie verschwunden. Axelrod nannte dies die ökologische Runde seines Turniers. Es tritt keine neue Strategie ein. Es ändert sich nur, wie viele von jeder Art vorhanden sind.

Die Kooperation kehrt zurück. Die Kooperatoren nicht. 🖖

In Generation 200 verdient die Population 3,00 Punkte pro Runde. Das ist das Maximum, weil jedes Paar, das aufeinandertrifft, kooperiert. Die vertrauensvolle Welt ist wiederhergestellt – ohne die vertrauensvolle Strategie darin. Immer kooperieren fiel in Generation 14 unter ein Zehntelprozent, und sein Anteil in Generation 200 beträgt 3,55 × 10⁻¹⁷⁶. Er fällt nicht einmal weiter. In Generation 147 erreicht er seinen Tiefpunkt und erholt sich von dort aus um 23 %. In dieser Generation übersteigt seine Fitness den Populationsdurchschnitt, 1,63 gegen 1,57. Zu diesem Zeitpunkt ist das meiste, worauf ein Kooperator trifft, ein Reziprokierer, der drei zahlt. Der Durchschnitt wird jedoch noch von Defektoren nach unten gezogen, die sich gegenseitig eins abnehmen. Replikator-Dynamiken multiplizieren, und Multiplikation kennt keinen Boden. Daher kann das Modell eine Strategie auf 10⁻¹⁷⁶ schrumpfen und sie intakt zurückgeben. Eine Population kann das nicht. Es gibt etwa 10⁸⁰ Atome im beobachtbaren Universum. Ein Anteil von 10⁻¹⁷⁶ beschreibt keine seltene Strategie, sondern eine abwesende. Was am Ende drei pro Runde verdient, ist Tit for Two Tats mit 38,3 %, Tit for Tat mit 31,0 % und Grudger mit 30,7 %. Alle drei eröffnen mit Kooperation und kooperieren für alle 200 Runden weiter miteinander. Sie sammeln also genau das, was Immer kooperieren gesammelt hätte. Der Unterschied zwischen ihnen zeigt sich erst, wenn ein Defektor auftaucht, und das ist der gesamte Unterschied: Sie hören auf.

Ein Viertelprozent reicht für den Anfang 🖖

Lies die drei Karten unter Kann Kooperation überhaupt entstehen?. Eine Welt bedingungsloser Defektoren zahlt jedem 1,00 pro Runde. Wirf ein einziges Tit for Tat hinein, und der Neuling verdient 0,9950. Er kooperiert einmal, bekommt nichts dafür und defektiert für die restlichen 199 Runden. Ein halbes Hundertstel fehlt, und er stirbt aus. Lass die Neulinge nun gemeinsam eintreffen, sodass ein Bruchteil q ihrer Interaktionen untereinander stattfindet und 3,00 zahlt. Das Cluster verdient q × 3,00 + (1 − q) × 0,9950. Dieser Wert übersteigt 1,00 bei q = 0,2494 % oder einer Interaktion von 401. Das ist Robert Axelrods und W. D. Hamiltons Antwort aus dem Jahr 1981 auf die Frage, wie Kooperation in einer Welt, die sie bestraft, überhaupt in Gang kommt. Der gesamte Verlust des Reziprokierers ist eine einzige ausgebeutete Runde von 200. Daher fällt der Schwellenwert wie 1/n, wenn die Beziehung länger wird. Ein bedingungsloser Kooperator wird in jeder Runde ausgebeutet, nicht nur in der ersten. Sein Schwellenwert liegt bei einem Drittel all seiner Interaktionen, unabhängig von der Länge der Beziehung.

Aufgabe vollständig gelöst

  1. Wie klein kann das erste Cluster sein? Das Tool liefert eine Antwort. Ein Cluster von Reziprokierern muss 0,2494 % seiner Interaktionen mit der eigenen Art verbringen, bevor es sich gegen eine Welt von Defektoren behaupten kann. Diese Zahl gehört zu einem 200-Runden-Match mit Axelrods Auszahlungen. Woher kommt sie, und was passiert mit ihr, wenn die Beziehung kürzer ist?

    Öffne diese Aufgabe im Tool

    1. In einer Welt bedingungsloser Defektoren ist jedes Treffen eine beidseitige Defektion. Ein Bewohner verdient also in jeder Runde die Straf-Auszahlung P.

    2. Ein einzelnes Tit for Tat kooperiert in der ersten Runde und kassiert die Ausbeutungs-Auszahlung S. Für die restlichen n − 1 Runden defektiert es. Es wird einmal ausgeraubt und verteilt diesen Verlust über das gesamte Match. Bei 200 Runden behält es also 199/200.

    3. Gib den Neulingen nun ein Cluster. Ein Bruchteil q ihrer Interaktionen findet untereinander statt und bringt die Belohnungs-Auszahlung R. Der Rest findet mit den Bewohnern statt. Das Cluster behauptet sich, wenn dieser Durchschnitt den Verdienst der Bewohner übertrifft.

    4. Löse nach q auf. Das n unter beiden Differenzen kürzt sich weg. Es bleiben die Kosten einer ausgebeuteten Runde geteilt durch das, was n Runden beidseitige Kooperation gegenüber beidseitiger Defektion einbringen, plus ebendiese Kosten.

    5. Bei 5, 3, 1, 0 und 200 Runden ist das 1/401, die 0,2494 %, die das Tool ausgibt. Der Schwellenwert fällt wie 1/n. Bei zehn Runden ist er 1/21 oder 4,76 %.

    6. Ein bedingungsloser Kooperator wird in jeder Runde ausgebeutet, nicht nur in der ersten. Seine isolierte Auszahlung ist also S selbst, und das n verschwindet völlig aus seinem Schwellenwert. Bei einer Runde sind die zwei Strategien die gleiche Strategie, und die zwei Schwellenwerte stimmen bei einem Drittel überein. Jede Runde nach der ersten ist ein Rabatt, den nur der Reziprokierer kassiert.

    Antwort

    Ein Cluster von Reziprokierern benötigt q ≥ (P − S)/(n(R − P) + (P − S)) seiner Interaktionen intern. Bei Axelrods Auszahlungen ist das 1/(2n + 1) und bei 200 Runden 1/401 = 0,2494 %. Ein Cluster von bedingungslosen Kooperatoren benötigt (P − S)/(R − S) = 1/3, für jedes n. Beide Cluster tun dasselbe: Sie arrangieren Treffen mit ihrer eigenen Art. Der Reziprokierer braucht einhundertdreißigmal weniger davon, weil er nur in der ersten Runde ausgenommen werden kann.

Lernpfad

Die beste Antwort und was passiert, wenn niemand sie berechnet

Quellen (4)