A emergência de dilemas sociais e evolução de comportamentos por contágio social em modelos de tráfego veicular

Carregando...
Imagem de Miniatura

Título da Revista

ISSN da Revista

Título de Volume

Editor

Universidade Federal de Minas Gerais

Descrição

Tipo

Tese de doutorado

Título alternativo

The emergence of social dilemmas and the evolution of behaviors through social contagion in vehicular traffic models

Primeiro orientador

Membros da banca

Ronald Dickman
Lucas Alvares da Silva Mól
Marco Antônio Amaral
Julio Cesar Siqueira Rocha

Resumo

Neste trabalho analisamos modelos heterogêneos unidimensionais de tráfego veicular em duas etapas. Na primeira etapa, formulamos um modelo simples que permite considerar ultrapassagens usando como base o modelo proposto por Nagel e Schreckenberg (NaSch). Partindo dos resultados de cálculos analíticos em casos limites e simulações dos casos gerais, analisamos e quantificamos dilemas sociais. Em certas condições, a ultrapassagem fornece vantagens para o indivíduo que realiza a manobra enquanto prejudica o desempenho médio da população. Identificamos a origem do dilema para o modelo formulado e identificamos os mecanismos pelos quais outros modelos podem apresentar dilemas similares. Na segunda etapa, consideramos modelos unidimensionais gerais caracterizados por quatro propriedades: as partículas são duras; as interações são direcionadas contra o sentido do movimento; as partículas buscam sempre maximizar as suas velocidades ou reduzir distâncias até determinado valor, e; o sistema é fechado, sem troca de partículas. Mostramos que em populações heterogêneas cujos indivíduos apresentam essas propriedades, a dinâmica do sistema é controlada pelas partículas mais lentas e a rede de interações deste sistema pode ser representada por um grafo aleatório direcionado. Este resultado tem diversas consequências interessantes. Sob o processo evolucionário de imitação por contato social, a composição da população tende a homogeneidade com o domínio da estratégia mais lenta inicialmente presente, independentemente da composição inicial da população, dos algoritmos utilizados, ou dos detalhes do processo evolucionário. Introduzindo-se o processo evolucionário de mutação como um processo estocástico independente, temos dois regimes assintóticos distintos. Caso a mutação seja muito mais frequente que a imitação, a probabilidade de se encontrar uma partícula com determinados parâmetros no limite termodinâmico é similar à distribuição de probabilidade de um passeio aleatório m-dimensional onde m é a dimensão do espaço de parâmetros. Por outro lado, se a imitação é muito mais frequente que a mutação, em tempos longos, a composição do sistema consistirá de partículas com parâmetros característicos das estratégias mais lentas permitidas no espaço de parâmetros. Portanto, processos evolucionários atuam como annealed disorders dos parâmetros definidos neste espaço dirigindo as não-uniformidades para locais específicos. Também discutimos as similaridades entre estes sistemas e o modelo de m-vetores, e observamos que os limites mencionados estão relacionados a estados de desordem e ordem, respectivamente. Adicionalmente, incluímos um anexo ao texto principal que trata de investigações em modelos econométricos que rendeu uma publicação e gerou o projeto que estamos trabalhando atualmente. Neste anexo introduzimos o modelo Talent versus Luck (TvL) que se trata de um modelo que busca incluir o papel da sorte no sucesso de agentes econômicos e o colocamos em um campo teórico mais firme, de forma que conseguimos clarificar as suas predições (em especial o sucesso de partículas de talento mediano) e incluir novas predições, como, a inclusão do efeito Matthew.

Abstract

This work focuses on uni-dimensional, heterogeneous traffic models. In the first part, we adapted the Nagel and Schreckenberg model (NaSch) to allow overtaking. From the results of analytical calculations and simulations, we show that under certain circumstances overtaking can improve the performance of an individual at a social cost that may hinder the entire population. We analyze and quantify the social dilemma, exploring its causes, and generalize the discussions to other models simulating a more detailed model as an example. In the second part, we analyze general one-dimensional cellular-automata models of vehicular traffic and show that, if the models satisfy the following four simple properties: the interactions are unidirectional; the particles are hard-particles; the dynamics of the particles act as to maximize the velocity or reduce the distances between particles to an optimal distance, and; the system is closed in the sense that there is no exchange of particles with the exterior, then the average velocity in the steady-state of all particles is limited by the average velocity of the slowest particle in the population. Additionally, the net of interactions of the system can be represented by a random, directed graph. Under the evolutionary process of imitation by social contagion, the heterogeneous population is replaced by a homogeneous population composed by the slower strategy in the system, regardless of the initial conditions, initial composition, or the details of the process. Introducing the mutation process as an independent stochastic process, we observe two distinct asymptotic behaviors. If the mutation is the dominant process, the probability distribution of the parameters of any individual is similar to the probability distribution of an m-dimensional random walk where m is the number of parameters. On the other hand, if imitation is the dominant process, the dominating strategies will be particles whose parameters are characteristics of the slower strategy allowed in the space of parameters. Therefore, the inclusion of evolutionary dynamics in these systems transforms the quenched disorders in the space of parameters (as heterogeneous models are generally introduced) in annealed disorders driven to specific regions in that space. We also discuss the similarities of the evolutionary dynamics of these systems with the m-vectors model and observe the similarities among the mentioned limits and unorganized and organized states, respectively. Additional material is added in an appendix regarding investigations on econometric models that awarded us with a publication and the scientific problem we are currently working on. We introduce the Talent versus Luck (TvL) model that attempts to include the roleplay of luck in the success of economic agents in a simple way, putting it in more firm theoretical grounds clarifying its predictions (with special attention to the success of average talent particles) and include the analysis of new predictions like the Matthew effect.

Assunto

Tráfego, Mecânica estatística, Teoria dos jogos, Sistemas complexos

Palavras-chave

Surgimento da cooperação, Dinâmica evolucionária, Modelos de tráfego, Teoria de jogos, Sistemas complexos

Citação

Endereço externo

Avaliação

Revisão

Suplementado Por

Referenciado Por

Licença Creative Commons

Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Acesso Aberto