生态系统模拟模型课程内容混合均匀系统具有地域信息的系统问题的提出123问题的提出1.生态系统(ecosystem)在一定空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。2.生态系统的演化(evolution)生态系统随时间的变化规律问题的提出3.研究生态系统演化的常用方法3.1微分方程根据系统中有关物种的相互关系，建立数量变化的关系式，一般为微分方程。问题的提出例：L-V模型（Lotka-Volterra模型）对一个捕食被捕食系统，记,分别表示t时刻被捕食者和捕食者数量。L-V模型为：注：常微分方程模型的先决条件是混合均匀的1122dxrxxydtdyryxydt()xt()yt问题的提出3.2实验观测通过实际观测或实验的方法研究相应系统的演化规律。例：大熊猫的实际观测研究问题的提出3.3计算机模拟对具体的生态系统，根据个体间、物种间以及物种与环境间的相互关系，建立相应规则，利用计算模拟的方法研究相应生态系统的演化规律。问题的提出4.两类基于模拟的生态系统模型•混合均匀的生态系统•具有地域信息的生态系统混合均匀系统——Penna模型•PennaTJP.ABit-StringModelforBiologicalAging[J].JournalofStatisticalPhysics,1995,78(5-6):1629-1633.•发表于1995年，被SCI检索论文引用250次（2013年6月26日检索结果）1.基本假设：•生物体由基因构成•基因可以分类•最简单的分类方式为两类，以好坏界定，用0，1表示•构成方式为有限长串结构混合均匀系统——Penna模型•生物个体——B位长0-1串（bit-string）•为利用相应的位置信息，引入年龄概念。•有年龄的生物个体，基因随年龄增长依次打开，也就是基因不同时工作。10011010101B位混合均匀系统——Penna模型2.死亡机制：•老死：B活到B岁（最大年龄），下一步死亡•疾病：活到当前年龄，累计的“疾病”次数达到次，下一时刻死亡•环境压力：每个个体以概率（Verhulst因子）生存max1NNtcTcT混合均匀系统——Penna模型3.繁殖机制：•最低繁殖年龄：R每个个体活到R岁时，开始繁殖•繁殖时，采用拷贝加突变的方式形成子代•突变：M突变强度为M，此处为M个位置•个数：b每次繁殖b个子代混合均匀系统——Penna模型10011010101R岁10010010111父代子代突变此时M=2突变混合均匀系统——Penna模型4.Penna模型可以统一描述为P（B，，，R，b，M）•当参数给定后，可以讨论群体随时间的演化的规律•还可以讨论部分参数给定后，其他参数变化对演化规律的影响maxNcT混合均匀系统——Penna模型•对P（32,105,2,8,1,M）M取0或2，此图为种群规模随时间的变化规律。结论：稳定共存。混合均匀系统——Penna模型•对P（32,105,4,R,1,2）R取2、4、6此图为稳定后的年龄结构。注：事实上，由此图的信息可得到生存率或死亡率曲线。生存率定义式：s(a)=N(a+1)/N(a)混合均匀系统——Penna模型有性繁殖Penna模型•StaufferD,deOliveiraPMC,deOliveiraSM,etal.MonteCarlosimulationsofsexualreproduction[J].PHYSICAA,1996,231(4):504-514.有性繁殖Penna模型1.个体•个体分为雌性和雄性。1001101010100101001100B位有性繁殖Penna模型2.无性繁殖时的死亡机制：•老死：B√•疾病：？•环境：√max1NNtcT有性繁殖Penna模型疾病：？111001or？cT患病一次00好基因有性繁殖Penna模型•规定某些位置是显性基因位置，其余为隐性基因位置。•显性基因位置：•隐性基因位置：1001or患病好基因1001or有性繁殖Penna模型4.无性繁殖时的繁殖机制：•最低繁殖年龄：R√•繁殖时，采用拷贝加突变的方式形成子代？•突变：M√•个数：b√有性繁殖Penna模型•繁殖机制：父：母：子：突变突变子代性别以0.5概率随机确定配子配子有性繁殖Penna模型•给定有关参数后，可讨论相应群体的演化规律•基本结论和无性繁殖类似Penna模型扩展及应用•共同祖先Penna扩展及应用•休渔模型捕捞强度变化对结果的影响(a)种群规模(b)产量具有地域信息的生态系统地域：用格子来描述基于格子常用的模拟方法•元胞自动机（CellularAutomata）•蒙特卡洛（Monte-Carlo）问题归结为：基于元胞自动机或蒙特卡洛方法的生态系统模拟模型1.问题的提出...
