(一)背景知识在应对合作问题时,复杂系统科学(CSS)和多智能体强化学习(MARL)提供了两条各具特色的发展路径。两者在目标、方法和理论深度上既有差异,也存在互补性。理解它们各自的特点,是把两种方法有效融合的前提。1. 复杂系统科学(CSS)复杂系统科学关注的是:看似简单的个体,通过相互作用如何自发形成宏观层面的合作结构和规律。其研究对象是由多组分构成的动态非均衡系统(Levin, 2002),探索简单个体如何通过非线性相互作用(Bialek et al., 2012)和跨尺度耦合自发形成宏观合作结构与涌现性规律(Daniels et al., 2021)。CSS的重要目标,是先理解合作如何自然出现,再考虑如何进行干预和改善。在研究方法上,CSS倾向于从最简单但可信的机制出发,探索合作行为如何涌现,具体包括进化博弈论(Axelrod & Hamilton, 1981)、非线性动力学(Jhawar et al., 2020)、复杂网络(Newman, 2003)和信息论(Rosas et al., 2019)等,它成功解释了从社会合作(Nowak, 2006)到集体运动(Bialek et al., 2012)等涌现现象。CSS研究合作的视角强调过程的动态性,以及微观层面与宏观层面之间的耦合关系。这一方法往往将模型简化到低维度,使得研究更加直观、可解释,也更容易用数学方法推导。一个典型例子是著名的“以牙还牙”策略(tit-for-tat):仅仅通过简单的模仿和互惠机制,就可以在重复博弈中产生稳定的合作,比很多复杂策略都更有效。这类研究揭示了:合作行为可以从极其基础的规则出发,演变成高度稳定的社会现象。不过,CSS传统模型通常假设个体比较简单,对复杂认知、环境变化以及策略多样性考虑有限。如何将人类或智能体更高阶的推理能力纳入模型,仍是该领域面临的重要挑战。2. 多智能体强化学习(MARL)MARL来自人工智能和机器学习领域,关注在复杂动态环境中,多个智能体如何通过学习逐步形成有效策略。在典型的MARL框架中每个智能体会观察环境状态,然后采取行动,再根据环境反馈(奖励)更新自己的策略。这个过程可以理解为智能体在“状态–动作–状态”的序列中不断试错,优化长期回报。MARL的一个核心特征,是不依赖事先定义好的合作规则,而是让智能体自己通过试验与学习发现合作方式。因此,MARL非常适合用于高度不确定和复杂的情境。近年来,随着深度学习的发展,MARL在游戏、机器人、分布式控制等领域取得了显著进展。然而,MARL也存在局限:(1)训练过程通常高度随机,结果难以解释。(2)模型参数众多,依赖海量计算资源。(3)与CSS相比,MARL更关注如何直接提升合作效率,而不是先从理论上理解合作的涌现机制。这也就意味着,MARL虽擅长解决“如何合作”的问题,但在解释“合作为什么出现”方面,理论深度尚显不足。3. CSS VS MARLCSS和MARL在合作研究上的对比可以用表1来进行概括:表1:复杂系统科学与多智能体强化学习的对比
CRLD框架为集体合作研究开辟了广阔的研究前景,其中五个关键方向尤为值得关注。首先是CRLD统一理论的构建,需要深入探索不同强化学习更新机制的内在原理及其相互关系,特别是要厘清哪些算法细节在集体层面真正影响合作涌现。这一理论突破将帮助我们建立从微观学习规则到宏观合作现象的完整认知链条。其次是对复杂动态现象的系统研究,包括多稳态、突变转换、滞后效应等非线性行为在CRLD和大规模MARL中的产生条件与应用价值。这些现象的深入理解将为设计具有鲁棒性的合作系统提供理论基础,特别是在社会-生态系统韧性评估方面具有重要应用潜力。第三个方向聚焦认知机制的整合,需要突破现有框架的局限,将表征学习、世界模型、心智理论等高级认知功能纳入CRLD体系。特别值得关注的是内在噪声在动态环境中促进合作的特殊作用,这可能为解释人类集体行为中的"非理性"合作现象提供新视角。第四个关键方向是大规模群体中的合作机制。当前各种均值场方法尚未形成统一框架,亟需建立能够处理智能体异质性和网络结构的普适性理论。这一突破将直接助力于智慧城市、分布式能源网络等大规模人机混合系统的设计与优化。最后是动态环境抽象方法的研究,需要建立不同尺度环境模型之间的对应关系,发展既能保持关键特征又可解析处理的环境降维技术。重点探索环境不确定性、奖励延迟、空间扩展性等因素如何影响合作学习,这些发现将为气候变化等全球性挑战的治理提供科学依据。这五大方向的突破将共同推动集体合作智能从理论到应用的跨越式发展。参考文献[1]Barfuss, Wolfram, et al. "Collective cooperative intelligence." Proceedings of the National Academy of Sciences 122.25 (2025): e2319948121.[2]W. Barfuss, “Supplementary information to collective cooperative intelligence”. https://github.com/wbarfuss/collective-cooperative-intelligence. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.11611242. Deposited 24 June 2024.[3]Sehwag, Udari Madhushani, Alex McAvoy, and Joshua B. Plotkin. "Collective artificial intelligence and evolutionary dynamics." Proceedings of the National Academy of Sciences 122.25 (2025): e2505860122.[4]McAvoy, Alex, et al. "Unilateral incentive alignment in two-agent stochastic games." Proceedings of the National Academy of Sciences 122.25 (2025): e2319927121.[5]S. A. Levin, “Collective cooperation: From ecological communities to global governance and back” in Unsolved Problems in Ecology, A. Dobson , D. Tilman, R. D. Holt, Eds. (Princeton University Press, 2020), pp.311–317.[6]W. Barfuss, J. M. Meylahn, Intrinsic fluctuations of reinforcement learning promote cooperation. Sci. Rep. 13, 1309 (2023).