C15-2 形式化规范:φ-策略演化推论
依赖
- C15-1: φ-博弈均衡推论
- T24-1: φ-优化目标涌现定理
- A1: 自指完备系统必然熵增
定义域
演化空间
- : Zeckendorf策略空间
- : n维单纯形(策略分布空间)
- : 时间域
- : 适应度函数
动力学算子
- : 复制动态流
- : 突变算子
- : Hamming距离
稳定性度量
- : Jacobian特征值
- : ESS吸引域半径
- : 有效策略数
- : 策略多样性
形式系统
Zeckendorf策略编码
定义C15-2.1: 策略的Zeckendorf表示
其中是第k个Fibonacci数,满足无连续性约束。
熵贡献调制复制动态
定义C15-2.2: 熵调制复制动态系统
其中:
- : 策略i的适应度
- : 平均适应度
- : 归一化熵贡献因子
- : Shannon熵的偏导数
主要陈述
推论C15-2.1:复制动态的熵调制
陈述: Zeckendorf约束下的复制动态必然熵贡献调制:
不变量:
- (概率守恒)
- (熵增)
- (调制因子归一化)
- (调制因子非负)
推论C15-2.2:ESS吸引域
陈述: 演化稳定策略的吸引域半径
其中k是策略复杂度级别。
稳定性条件:
推论C15-2.3:策略多样性递减
陈述: 有效策略数的Fibonacci递减律
其中:
- : 初始策略数
- : 特征时间尺度
推论C15-2.4:最优突变率
陈述: 黄金分割突变率
优化条件:
推论C15-2.5:长期演化收敛
陈述: 极限策略分布
其中是策略i的等级排序。
算法规范
Algorithm: PhiReplicatorDynamics
输入:
- 初始分布
- 适应度矩阵
- 时间步长
- 演化时间
输出:
- 演化轨迹
- 稳定性指标
- 收敛状态
不变量:
- (归一化)
- (非负性)
- (熵界)
核心算法
function phi_replicator_evolution(x0, F, dt, T):
# 初始化
x = x0.copy()
trajectory = [x.copy()]
# 计算Zeckendorf距离
distances = compute_zeckendorf_distances(n)
# 演化循环
for t in 0:dt:T:
# 适应度计算
fitness = F @ x
avg_fitness = x @ fitness
# φ-调制复制动态
dx = zeros(n)
for i in 1:n:
phi_factor = phi^(-distances[i])
dx[i] = x[i] * (fitness[i] - avg_fitness) * phi_factor * dt
# 更新状态
x = x + dx
x = project_to_simplex(x)
# 周期性突变
if t % tau == 0:
x = apply_mutation(x, mu_star)
trajectory.append(x.copy())
return trajectory, compute_metrics(trajectory)
验证条件
V1: 复制动态φ-调制验证
V2: ESS吸引域验证
对于ESS 和扰动,:
V3: 多样性递减验证
V4: 突变率优化验证
V5: 极限分布验证
对于长期演化():
复杂度分析
时间复杂度
- 单步演化:
- 总演化:
- Hamming计算:
- 突变操作:
空间复杂度
- 状态向量:
- 适应度矩阵:
- 轨迹存储:
- 距离矩阵:
收敛复杂度
- 到ESS:
- 多样性衰减:
- 长期收敛:
数值稳定性
条件数
复制动态Jacobian的条件数:
舍入误差
其中d是最大Hamming距离。
数值格式
推荐Runge-Kutta 4阶方法:
实现要求
数据结构
- 策略分布:稠密向量
- 适应度矩阵:稀疏矩阵(大规模)
- Zeckendorf编码:位向量
- 演化历史:循环缓冲区
算法优化
- 向量化适应度计算
- 稀疏矩阵操作
- Hamming距离查表
- 并行突变操作
- 自适应时间步长
边界处理
- 单纯形投影
- 数值下溢保护
- 收敛检测
- 退化情况处理
测试规范
单元测试
- Zeckendorf编码正确性
- 复制动态单步
- φ-调制因子计算
- 突变算子验证
演化测试
- 两策略系统收敛
- 多策略ESS稳定性
- 周期解检测
- 混沌行为分析
收敛测试
- 不同初始条件
- 参数敏感性
- 数值稳定性
- 长时间行为
缩放测试
- 不同时间尺度
- 内存效率
- 并行性能
理论保证
存在性
每个初始分布存在唯一演化轨迹
收敛性
从内任意点收敛到ESS集合
稳定性
ESS在扰动下稳定
最优性
突变率最大化长期适应度
形式化验证清单:
- φ-调制复制动态实现
- ESS吸引域计算
- 策略多样性递减
- 最优突变率验证
- 长期收敛分析
- 数值稳定性测试
- 大规模系统验证
- 实时演化模拟