合作行为普遍存在于各层次的生命系统中,并对生命系统的生存和发展至关重要。然而,合作行为通常会降低个体自身的竞争优势。理解合作行为如何在自私个体构成的种群中涌现和维持是十分重要且具有挑战性的难题。复杂网络上的演化博弈论是研究合作演化和策略竞争的重要框架,其中复杂网络描述系统的结构,博弈刻画个体之间的交互。本文在该框架下,应用网络理论、随机过程和统计物理学的方法,重点探索了系统的结构、个体行为模式以及交互环境等因素对系统演化动力学的影响。本文主要内容及创新点如下:第一,研究了种群的空间结构对合作演化的影响。通过采用两个独立的网络分别地刻画个体间的交互和行为传播,揭示了空间互惠(种群空间结构促进合作)的本质。只有当个体的交互对象和模仿对象重合时,空间互惠出现。个体和模仿对象交互越频繁,空间互惠越强。以上结论适用于两个体和多个体交互,并且从理论上论证了社会网络中的结构团簇、强联系以及交互网络和行为传播网络的非对称性对合作演化的影响。基于以上发现,提出了个体调整社会联系增强空间互惠的算法。第二,研究了两个体交互中个体行为多样性对合作演化的影响,其中个体与不同对象交互时能够采取不同的策略。在各种网络结构上,行为多样性都能显著地促进合作。即使只有少量的个体保持行为多样性,他们也能维持高频率的群体合作。从网络动力学的角度,相比于个体在节点上的竞争,行为沿着边的扩散更有利于合作演化。第三,研究了多个体公共品博弈下的行为多样性(投资多样性和收益分配多样性)对合作演化的影响。合作的演化依赖于个体投资和收益分配之间的关联性。通常情况下,在回报份额越大的公共品博弈中投资越多越有利于群体合作。第四,研究了边多样性网络上的演化多个体博弈,其中边的类型可以指代不同个体之间的基因相似度、社会关系的亲疏度或者交互环境状态的差异性。当不同的边类型表示个体任务的差异时,任务分工能促进合作。当不同边上的博弈收益结构不同时(代表不同的交互环境),可以采用所有博弈的平均收益结构近似系统的演化过程。第五,研究了个体行为和交互环境相互依赖下的演化动力学。揭示了网络上合作演化的一个简单规则:如果合作行为产生的收益b与其代价c的比值超过k-k~′,合作行为能够演化,其中k表示个体平均的邻居数量,k~′描述了环境反馈的作用。即使合作在任何单一的交互环境下都无法演化,允许交互环境转移能促进合作;即使不同交互环境之间的差异很小,它们之间的转移也能明显地促进合作。