第二十五章 信息生命体（五） (第1/2页)

虽然其它信息流和因果信息度量方法的应用将为我们讨论的问题提供更多见解，但这里我们主要会关注传递熵的信息处理的方法。并在后面为所选的传递熵提供了一个说明性的示例，驱动来自大量不同领域传递熵的应用，如神经科学和金融（bossomaier et al. 2016），包括互信息及传递熵都已被用于研究二维伊辛模型不同阶段的信息流（barnett et al. 2013）。Lizier 等（2008b）用它来研究元胞自动机，并表明质点（particles，定义为滑翔机（gliders）和域壁（domain walls））是这类模型中传递信息的主要手段。

wang 等（2012）研究了人工粒子群体运动模拟中的信息级联，表明它们以波浪的形式在群中荡漾。在模拟中使用传递熵框架研究的其它集群行为还包括酵母细胞周期的动态调节网络（Kim et al. 2015；walker et al. 2016）（见下文讨论）和多代理系统中的共识实现（Valentini et al 2018）。此外在动物集群行为研究中也得到了一些应用。例如，研究成对和小群的斑马鱼的信息传递，为识别领导关系提供了有用的工具（butail et al. 2014，2016；mwaffo et al. 2017），以及鱼类U型转弯过程中的信息和错误信息交互作用（crosato et al. 2018）；还有研究蝙蝠（orange

Abaid 2015）或蚂蚁和白蚁的引导者-追随者关系（Valentini et al. 2020），粘液霉中的信息传递（Ray et al. 2019），以及成对鱼群之间的捕食者-猎物关系（hu et al. 2015）。

既然不同度量指标如此宽泛且还都具有广泛适用性，对在不同系统中应用信息理论见解的最佳方法、甚至对这种方法是否可能，目前都尚无明确的共识，每种度量都提供了一种动力系统因果与相关结构在较低维度上的投影，因此并不能捕捉系统全貌。而将不同度量方法结合在一起，可以提供对生命和非生命系统结构更深的洞察，进而可以利用这些度量方法采取下一步行动，再发展出新的理论和度量方法，以了解生命究竟是什么。

例子：行为相似但机制不同集群的信息架构

集群系统经常面临需要做出集体层面共同协商的决定。这种决定是由大量的代理体作出的，往往遵循简单的互动机制：收集、传递和处理集体决定所需要的信息。群体决策过程中的信息传递最重要：没有信息的交流，集体之间就无法达成共识。尽管我们目前对群体决策机制有很好地理解，但个体规则在群体决策信息传递中的贡献却还鲜为人知。

为了解决这个问题，更好理解不同决策机制的信息状况，我们研究了源自同一决策问题（Valentini et et al. 2018）信息传递应用情况下的不同决策策略：从两个选项中价值较高的一个达成共识（Valentini et al. 2017）。我们考虑了两种决策机制，多数决规则（majority-rule）和选举模型（voter model），均通过集体中100个代理人产生意见。在我们的模型中（Valentini et al. 2016），代理人总是偏好两个选择中的一个。设其中地点 A 的质量为 1，地点 b ∈{0.5，0.9}。代理人会在两个阶段交替行动：在探索期前往与当前意见相符的环境区域，对该选项质量进行采样；另外是根据估测的传播质量，在当地向共同地区其他代理人广播其意见的传播期。在传播期和探索期之间，代理人应用决策机制，并可能改变意见。当使用多数决规则时，代理人将把意见切换到大多数邻居所喜欢的意见（Valentini et al. 2015）。当使用选举模型时，代理人会简单地随机选择邻居的意见（Valentini et al. 2014）。在这两种情况下，我们都考虑了邻域构成，它会根据代理人的运动动态变化，但具有固定的基数（cardinality），通常一个代理会有5个邻居左右。

图3.地点A（红色区域）、巢穴（白色区域）和地点b（蓝色区域）的模拟环境图示。实心圆代表处于传播状态的代理体，空圆圈代表处于探索状态的代理体。颜色代表选择的意见，红色表示选择 A，蓝色表示选择 b。图自 Valentini et al. 2