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AIDB Daily Papers

ベイジアン推論、ゲーム理論、熱力学を統一する集合的変分原理

原題: A Collective Variational Principle Unifying Bayesian Inference, Game Theory, and Thermodynamics
著者: Djamel Bouchaffra, Faycal Ykhlef, Mustapha Lebbah, Hanane Azzag
公開日: 2026-04-30 | 分野: 強化学習 統計 機械学習 AI マルチエージェント 理論 アルゴリズム cs.AI AIエージェント ベイジアン推論 ゲーム理論 熱力学

※ 日本語タイトル・ポイントはAIによる自動生成です。正確な内容は原論文をご確認ください。

ポイント

  • 本研究では、個々のエージェントの適応を説明する自由エネルギー原理と戦略的相互作用を形式化するゲーム理論を統合した。
  • この統合フレームワークは、限定合理性と局所情報制約下で、集合的自由エネルギーの定常点が近似的なナッシュ均衡に対応することを示した。
  • 提案された変分原理は、推論、熱力学、ゲーム理論的均衡の共通基盤を明らかにし、協調行動の予測理論を提供する。

Abstract

Collective intelligence emerges across biological, physical, and artificial systems without central coordination, yet a unifying principle governing such behaviour remains elusive. The Free Energy Principle explains how individual agents adapt through variational inference, while game theory formalises strategic interactions. Here we introduce the Game-Theoretic Free Energy Principle, a unified framework showing that multi-agent systems performing local free-energy minimisation implicitly implement a stochastic game. We prove that, under bounded rationality and local information constraints, stationary points of collective free energy correspond to approximate Nash equilibria of an induced game. Conversely, a broad class of cooperative games admits a variational representation in which equilibria arise as Gibbs distributions over coalitions, establishing a bridge between Bayesian inference and strategic interaction. To characterise higher-order effects, we introduce a free-energy formulation of the Harsanyi dividend, isolating irreducible multi-agent synergy. This yields a predictive theory of cooperation, including a falsifiable non-monotonic relationship between sensory precision and agent influence. We validate this prediction across neural, biological, and artificial multi-agent systems. These results identify a common variational principle underlying inference, thermodynamics, and game-theoretic equilibrium.

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