1、項目基本情況成果名稱：物種間合作行為的統計與數學模型研究提名者：云南財經大學提名等級：二等獎主要完成人：石磊（云南財經大學，教授，統計與數學學院名譽院長），王瑞武（西北工業大學，教授，生態環境學院常務副院長），申晨（云南財經大學），初晨（云南財經大學，副教授），賀軍州（云南財經大學，教授）完成單位：云南財經大學，西北工業大學項目簡介主要工作內容本研究成果依托國家自然科學基金(云南聯合基金)重點項目“榕樹-榕小蜂合作系統中的非對稱性與不確定性選擇”(U1302267)開展相關研究，該項目已于2019年順利結題。部分成果依托國家自然科學基金面上項目“Meta回歸模型的穩健統計推斷及相關問題研究”(

2、11671348)，該項目也已2021年1月提交結題報告。本項目成果提交論文20篇，代表性論文8篇。其中SCI收錄19篇，ESI高被引論文1篇，總被引324次，總他引223次。單篇最高引用40次。本成果的工作內容包括：互利合作物種之間由于各自的利益不同而必然發生競爭或沖突，這種競爭或沖突將可能導致合作系統的解體。經典理論認為合作雙方的空間異質性(生態位分化)或自我抑制行為將維持合作關系的穩定性，然而近年的深入研究發現這些系統維持機制是不可信的。本項目以著名的物種間合作榕樹-榕小蜂系統為模式系統，利用統計學、演化博弈論、應用數學等多學科交叉的研究方法，探討合作系統的維持機制，提出了非對稱與不確定

3、選擇在該系統的作用機制或機理，為合作關系的起源及演化動力提供有益的啟示。本成果的重要科學發現包括：（1）自我約束、分散或空間限制并不一定能維持穩定的合作關系。（2）非對稱及不確定的適合度相關對合作系統穩定起到了積極作用。（3）干擾競爭和環境因素能夠有效維持榕樹-榕小蜂系統的合作穩定。（4）基于數學模型的機制研究。（5）基于變系數統計模型及meta回歸模型的實證研究。（6）網絡結構下物種的協同演化博弈模型研究。（7）結構種群下非對稱效應對合作行為演化的影響。（8） 環境因素及其他機制對網絡種群合作行為的影響。成果跟國內外同類成果的比較申請成果提交論文20篇，SCI檢索19篇，ESI高被引論文一篇

4、，SCI總引用量324次，他引223次，單篇最高引用量為40次；一篇中文期刊發表于中國科學。發表在英國生態學會會刊Journal of Animal Ecology的論文被該雜志選編進慶祝達爾文200周年誕辰專輯（Virtual issue）,被點評為該雜志數年來發表在生態與進化方面對人們思維方式產生了重要影響的20篇令人興奮的研究論文之一。另外一篇論文由國際著名科學評價組織Faculty of 1000 Biology推薦和點評為生命科學中的重要發現。發表于2016年題為Does coevolution setup promote cooperation in spatial prisone

5、rs dilemma game的論文5被評為2017年度高被引論文。該項成果基于榕樹-榕小蜂合作系統，提出了非對稱性與不確定性在物種間合作維持機制中的作用，通過統計模型及數據分析進行了實證研究，利用演化博弈模型進行了理論機制構建。成果創新性突出，部分成果達到國際先進水平。成果的創新性本項成果的創新點可以歸納為三方面：（1）利用榕樹-榕小蜂合作系統的實驗和觀測數據，結合生態學理論，提出了物種間合作系統的非對稱性和不確定性在維持合作系統穩定中的作用。（2）利用統計學模型進行了實證分析和建模，驗證和解釋了物種間合作系統維持機制及其有效性。（2）利用數學模型、混合種群及結構種群下的演化博弈理論框架，研

6、究并建立了基于經驗數據提出的合作維持機制，并探討了一些新的合作促進機制。三個部分相互支撐、實驗數據分析與理論框架相結合、學科交叉特色明顯。候選人對項目的貢獻情況項目第一完成人石磊教授是提交申請的主要完成人，完成論文20篇，其中第一作者2篇，通訊作者12篇。主要貢獻包括統計模型構建，演化博弈模型的機制設計及研究指導。第二完成人王瑞武教授，共合作發表論文7篇（均為第二完成人王瑞武教授在云南工作期間與第一完成人石磊教授合作完成的成果；目前第二完成人在西北工業大學工作）。其主要貢獻包括提出了非對稱性與不確定性在物種間合作維持機制中的作用。第三完成人申晨為在讀博士研究生，與第一完成人合作發表論文12篇（

7、第一完成人均為通訊作者），其中申晨為第一作者的論文4篇。主要貢獻包括完成了基于網絡結構的博弈模型非對稱及相關機制研究。第四完成人初晨提交論文7篇，第一作者2篇。主要貢獻包括完成了基于博弈模型共演化理論和機制研究第五完成人賀軍州提交論文2篇，其中一篇為共同一作。主要貢獻為利用博弈模型的非對稱機制研究。代表性論文專著情況1.石磊, 王瑞武*（2010）合作行為的非對稱性演化。中國科學（C） 2010 ，40 （1）: 62-72.2.Wang, RW*, Shi, L, Ai SM, Zheng Q (2008) Trade-off between the reciprocal mutualist

8、s: local resource availability oriented interaction in fig/fig wasp mutualism. Journal of Animal Ecology. 77, 616-623.3.Shi L, Wang RW*（共同一作）, Zhu LX（共同一作）, Zen WM, Xu WL, Zheng Q (2011) Varying coefficient analysis for indeterminate species interactions with non-parametric estimation, exemplifying

9、with a fig-fig wasp system. Chinese Science Bulletin. Vol. 56 No. 24: 25452552.4.Wang RW*, Sun BF, Zheng Q, Shi L and Zhu LX (2011) Asymmetric interaction and indeterminate fitness correlation between cooperative partners in the fig-fig wasp mutualism. J. R. Soc. Interface, 8(63), 1487-1496.5.Shen C

10、., Lu, J. and Shi, L.* (2016) Does coevolution setup promote cooperation in spatial prisoners dilemma game? Applied Mathematics and Computation, 290, 201207 (ESI高被引論文)6.Chen Shen, Chen Chu, HaoGuo, Lei Shi* & Jiangyan Duan（2017）Coevolution of Vertex Weights Resolves Social Dilemma in Spatial Network

11、s. Scientific Report, 7: 15213. 7.Wang RW, Ridley J（共同一作）, Sun BF, Zheng Q, Dunn DW, Cook J, Shi L, Zhang YP, Yu DW* (2009) Interference Competition and High Temperatures Reduce the Virulence of Fig Wasps and Stabilize a Fig-Wasp Mutualism. PloS ONE, 4(11), e7802.8.Chen Shen, Chen Chu, Lei Shi*, Mar

12、ko Jusup*, Matjaz Perc* and Zhen Wang*（2018）Coevolutionary resolution of the public goods dilemma in interdependent structured populations. Eur. Phys. Letter, 124 (2018) 48003. 9.Wang RW*, He JZ（共同一作）, Wang YQ, Shi L. & Li YT* (2010) Asymmetric interaction will facilitate the evolution of cooperatio

13、n. Science China (Life Science), Vol.53 No.8: 1041-1046. 10.Wang RW, Dunn D, Luo J, He JZ & Shi L* (2015) The importance of spatial heterogeneity and self-restraint on mutualism stability - a quantitative review. Scientific Report，5, 14826.11.Jin JH, Shen C, Chu C and Shi L* (2017) Incorporating dom

14、inant environment into individual fitness promotes cooperation in the spatial prisoners dilemma game. Chaos, Solitons and Fractals, 96 (2017) 7075.12.Ma YJ., Lu J. and Shi L.*(2017) Diversity of neighborhoods promotes cooperation in evolutionary social dilemmas. Physica A- Statistical mechanics and

15、its applications. 468：212-218。13.Guo H, Shen C, Dai D, Zhang M, Chu C, Shi L* (2017) Enviroment promotes the evolution of cooperation in spatial voluntary prisoners dilemma game. Applied Mathematics and Computation, 315, 47-53. 14.Shen C., Li XP, Shi L.* and Deng Z. (2017) Asymmetric evaluation prom

16、otes cooperation in network population. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 474, 391397 15.Chen Chu, Jinzhuo, Liu, Chen Shen, JiahuaJin, Yunxuan Tang, Lei Shi* (2017) Coevolution of game strategy and link weight promotes cooperation in structured population. Chaos, Solitons and Fr

17、actals. 104, 2832.16.Chu C, Liu J, Shen C, Jin J, Shi L* (2017) Win-stay-lose-learn promotes cooperation in the prisoners dilemma game with voluntary participation. PLoS ONE, 12(2): e0171680. 17.Hao Guo, Chen Chu, Chen Shen, Lei Shi* （2018）Reputation-based coevolution of link weights promotes cooper

18、ation in spatial prisoners dilemma game。Chaos, Solitons and Fractals, 109，265268.18.JiahuaJin, Chen Chu, Chen Shen, HaoGuo, YiniGeng, DanyangJia, Lei Shi* (2018) Heterogeneous fitness promotes cooperation in the spatial prisoners dilemma game. Chaos, Solitons and Fractals, 106 (2018) 141146.19.YiniGeng, Chen Shen, Kaipeng Hu, Lei Shi*（2018）Impact of punishment on the evolution of cooperation in spati