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集体凝聚力中的信息流动模式

抽象的

成对互动是集体行为的基本驱动力一一负责群体凝聚力。持久的问是每个人

如何影响集体。但是，通常用于量化聚合个体中的相互影响的时延互信息和传

递燧可能会导致误导性解群0在这里，我们表明这些信息度量在从他们的轨迹

测量代理之间的信息流方面存在很大的缺陷。我们将信息度量分解为三种不同

的信息流模式，以揭示个人和群体记忆在集体行为中的作用。发现一对代理之

间的分解信息模式揭示了相互影响的性质，涉及多体非加性相互作用，而不需

要以其他代理为条件。

介绍

当只与当地附近的其他人共享信息的个人形成一种全球模式时，连贯的集体行

为让我们着迷0一个人做出的决定显然会影响整个团队。也就是说，并非所有

成员都具有相同的影响力。解释这些紧急行为的挑战是从观察中推断个体之间

的潜在关系。可以预料，几十年来，这一挑战吸引了许多人来诊断各种系统中

的集体行为」1-72_o例如，在上皮Madin-Darby犬肾单层细胞中，集体

细胞迁移是由多细胞突起触发的，这些突起形成指状结构（口-。从

指尖对一组细胞进行光消融会使剩余的细胞组失去方向感。解密是前者和后者

的细胞表现得好像他们是“领导者”和“追随者”。这种功能分配可以进行，

因为它们沿着突起的空间位置，并且因为这两个细胞类别在遗传上是不同的

（10）。

理解领导者和追随者之间的关系一一甚至定义这些角色的含义（〃）一一是非

常困难的，尤其是在探索导致聚合代理动态行的机制时。除了细胞之外，这

些基本问题也适用于鸟类群聚（土）、鱼类群聚（4,5）,驯鹿迁徙

（6）和狒狒觅食：7）领导者代理通常被定义对他入的影响大于他

o

人需其的影响的个人。也靛是说，角色基本上是不对称的。以前的研究

{4,5.12-16）提出，在这个定义下，轨迹的成对分析可以在领

导吉的运的变化预测跟随者的运动变化的工作假设下分配领导者和追随者。由

此，人们将领导者运动的变化解释触发跟随者运动的候选原因。

各种统计量用于推断因果关系（〃）。例如，在鸽群中，个体在某一时刻的取

向与其他个体在先前时刻的取向之间的时间延迟相关揭示了一种等级领导结

构，并提供了一种量化影响时间尺度的方法①（。在这种情况下，一只鸽子的

运动与另一只鸽子的过去运动相关。格兰杰因臬关系（被视对时间延迟

相关性的改进，因它基于先前时间的变量知识量化了变量当前状态的可预测

性。不过，时间延迟相关性和格兰杰因果关系都假设变量之间存在线性关系。

这一般不成立。最近的研究认，信息理论量一一传递端T（E）、时延互信息

T（DMI）和因果燧一一在量化影响时更胜一筹，因它们自然地适应了多智能体

系统的高度非线性特性（5、12-14、19一31）o

在实践中，使用信息论方法时必须考虑错误分类影响的可能性。仔细考虑信息

理论量的定义一一例如TE或TDMT——进一步阐明了特定个人所具有的影响类

型。正如Schreiber（32）在介绍TE时指出的那样，即使X对及有直彝

影响,TDM1也会报告随机变量X的现和随机变量Y的米来:之网的兴雯造。这

意味着它不能直接用于推断个体之间潜在的相互影响。它还包括本质上不是来

自才的附加信息。

相比之下,从X到V的TE在知道X的现（以『的现在为条件）的同时计算Y

的未来不确性的减少。不过最近，詹姆斯等人的研先。（33）表明，与

TDMI并行，TE包含了额外的、无根据的信息.，即通过同时了解Y和V的当前

状态来减少关于y的不确性。此信息与确“流量”无关，并且误导性地添

加了所需