种群动力学中适应度与信息的涨落关系
种群与进化
2016-01-20 v1
摘要
具有环境感知或不感知的表型切换是生物在波动环境中生存的普遍策略。具有表型切换的生物种群的适应度可能受到隐藏关系的约束和限制，正如有/无感知与反馈的热力学系统中的熵产生由涨落关系(FRs)很好表征一样。本工作中，我们推导了这样的适应度涨落关系以及选择中潜在的信息论结构。通过使用多表型种群动力学的路径积分表述，我们阐明最优切换策略被表征为时间前向与后向路径概率的一致性条件。在该表述内，选择被视为被动信息压缩，并且由最优策略导致的适应度损失被证明满足各种涨落关系，这些关系约束了该损失的平均值和涨落。这些结果自然扩展到生物能通过主动感知环境来利用环境信号的情景。我们推导了通过感知获得适应度增益的涨落关系，其中表型、环境及信号之间的多元互信息扮演了量化信号中与适应度增益相关信息的角色。
引用
@article{arxiv.1505.02201,
title = {Fluctuation Relations of Fitness and Information in Population Dynamics},
author = {Tetsuya J. Kobayashi and Yuki Sughiyama},
journal= {arXiv preprint arXiv:1505.02201},
year = {2016}
}
备注
Submitted to PRL on 25/Jul/2014; resubmitted to PRL for revision on 10/Apr/2015