For nearly three decades, spatial games have produced a wealth of insights to the study of behavior and its relation to population structure. However, as different rules and factors are added or altered, the dynamics of spatial models often become increasingly complicated to interpret. To tackle this problem, we introduce persistent homology as a rigorous framework that can be used to both define and compute higher-order features of data in a manner which is invariant to parameter choices, robust to noise, and independent of human observation. Our work demonstrates its relevance for spatial games by showing how topological features of simulation data that persist over different spatial scales reflect the stability of strategies in 2D lattice games. To do so, we analyze the persistent homology of scenarios from two games: a Prisoner's Dilemma and a SIRS epidemic model. The experimental results show how the method accurately detects features that correspond to real aspects of the game dynamics. Unlike other tools that study dynamics of spatial systems, persistent homology can tell us something meaningful about population structure while remaining neutral about the underlying structure itself. Regardless of game complexity, since strategies either succeed or fail to conform to shapes of a certain topology there is much potential for the method to provide novel insights for a wide variety of spatially extended systems in biology, social science, and physics.


翻译:近三十年来,空间游戏为研究行为及其与人口结构的关系提供了丰富的见解。然而,随着不同规则和因素的增加或改变,空间模型的动态变化往往越来越复杂,难以解释。为了解决这一问题,我们引入了持续同质学,将其作为一个严格的框架,可以用来界定和计算数据中高阶特征,其方式与参数选择无关,与噪音无关,与人类观察无关。我们的工作通过展示不同空间尺度的模拟数据的表层特征如何反映2D Lattice游戏战略的稳定性,表明了空间游戏的动态性能。为此,我们分析了两种游戏:囚犯的Dilemma和SIRS流行病模式的情景的持久性同质性。实验结果显示,该方法如何精确地探测出与游戏动态真实方面相对应的特征。与其他研究空间系统动态的工具不同,持久性同理学可以告诉我们关于人口结构的有意义的东西,同时保持对基本结构本身的中性。不管游戏的复杂性如何,因为策略要么成功,要么不能与某种空间物理学的形态形成相形形形形形形体。

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