基于结构方程模型分析天敌因子对麦蚜种群动态的影响

在麦蚜生态系统中,天敌因子是蚜虫种群数量增长的重要抑制因子,不同天敌种群对麦蚜种群动态的影响不同且综合作用关系复杂.通过构建结构方程模型,刻画了多个天敌种群综合作用下麦蚜种群状态的变化规律;再通过验证性因子分析,检验和拟合所构建的模型,分析多个天敌种群对麦蚜种群的综合影响并给出优势天敌种群,为科学防治虫害提供了理论依据.

基于灰色Verhulst模型的江西省人口预测

引言。江西是一个人口大省,但经济落后于周边省份,随着国家生育政策的调整,准确预测江西人口变化规律对于江西经济腾飞以及城市规划具有举足轻重的作用,有利于自然资源有序分配和自然环境保护,因此,必须将人口预测上升到实现江西省各方面有序发展的战略高度。把握经济发展和人口变化的相互关系,做好人口发展规划,逐步完善人口发展政策体系,对实现江西省人口与经济、资源协调和可持续发展、全面建成小康社会具有重大意义。

基于粒子群算法最优化Verhulst模型的开采残余下沉预测

矿区开采引起的残余下沉稳定时间长、潜在危害大,有必要准确地预测矿区地表的残余下沉。鉴于传统的残余下沉Verhulst模型建模误差大、适用性弱,在建模过程中以数据序列的首个数据保持不变导致预测效果差的缺陷,以直接离散Verhulst模型为基础,引入粒子群算法寻求模型迭代初始值的最优解,建立基于粒子群算法优化的矿区开采残余下沉直接离散Verhulst模型,并以山西阳泉和山东兖州矿区两个时间尺度的地表残余下沉监测数据集进行实例验证,最后利用MATLAB App Designer工具实现模型算法的可视化。结果表明:基于粒子群算法优化的直接离散Verhulst模型的矿区开采残余下沉预测精度和稳定性增益明显,所开发的计算工具具有正确性和有效性。

自适应模型选用辅助的多种群进化算法

代理模型辅助的进化算法是求解目标函数评价昂贵优化问题的有效方法.在这类算法中,算法的搜索策略和填充采样策略是在有限评价次数下获得优化问题较好解的重要因素.为此,本文使用多种群搜索策略用于平衡种群搜索的多样性和收敛性,同时基于个体和训练样本之间目标函数值的距离自适应选择模型进行个体的目标函数值估计,以提高估值的准确度.为了验证算法的有效性,在CEC2005测试函数以及扩频雷达Polly编码优化设计问题上进行测试,并和现有求解昂贵优化问题的算法进行了结果对比.实验结果表明本文提出的算法在目标函数评价次数有限的情况下能够获得昂贵优化问题的较好解.

霍城县温性荒漠化草原蝗虫种群空间格局及抽样模型的建立

本研究以样方法调查霍城县温性荒漠化草原蝗虫种群密度,利用聚集度指标、Iwao m^(*)/m回归模型研究分析草原蝗虫种群在上坡、中坡、下坡、坡脚平地的空间分布型,并确定理论抽样数。结果表明,蝗虫分布型主要以聚集分布为主,有些种类表现出均匀分布和随机分布特点,如蓝斑翅蝗(Oedipoda caerulescens)、绿纹蝗(Aiolopus thalassinus)、荒地剑角蝗(Acrida oxycephala)等3种蝗虫分布于下坡及坡脚平地,均为均匀分布,其余种类随着坡地及植被群落结构不同表现出不同的分布型。建立的最适理论抽样数模型为(1/D)2(1.0602/m+0.1515);最佳序贯抽样模型为T′0,T″0(n)=0.5000n±0.7537 n,基于回归模型抽样技术明确了蝗虫在置信概率t=1,D=0.1、0.2、0.3时,当m=0.5头/m^(2),最大理论抽样数分别为227、57、25头;当m=1.0头/m^(2)时,最大理论抽样数分别为121、30、13头;当m=1.5头/m^(2)时,最大理论抽样数分别为86、21、10头;当m=2.0头/m^(2)时,最大理论抽样数分别为68、17、8头。

基于物理沙盘模型的“种群密度的调查方法”教学设计

在“种群密度的调查方法”教学中,以“在潮来潮往之间:台州湾潮间带生物多样性科学考察”为情境,基于项目化的学习方式,利用丰富的课程资源激发学生的学习兴趣,通过真实场景下的驱动问题引导学生持续、深入地参与探究活动,在构建重要概念的过程中发展核心素养。

基于Lotka-Volterra种群动态模型的水生动物性别比例变化研究

水生动物的性别比例会受遗传因素与外界环境、激素的影响,其具有适应性别比例变异的特征,且性别比例变化对种群自身及其他物种都有一定影响。主要从物种间的内部机制与外部资源环境因素两方面论述。通过已知性别决定因素,构造性别比例变化与资源可用性相关函数,考虑性别比例变化与生存环境面积的影响,建立基于Lotka-Volterra的系统动态模型。本文以海七鳃鳗为例,运用模型进行研究,研究得到其在性别比例变化下种群数量变化曲线随时间呈周期性,且猎食者的数量波动相比于猎物的数量呈现约四分之一个周期的滞后效应。

基于Vortex模型分析金沙江水电开发对圆口铜鱼种群生存力的影响

圆口铜鱼(Coreius guichenoti)是长江上游特有鱼类,研究金沙江梯级水电开发背景下圆口铜鱼种群生存力变化对该物种的保护具有重要意义。Vortex模型在传统种群评估方法的基础上,引入种群年龄结构、繁殖体制、性比等因素,并考虑了环境、灾害、遗传等随机性对种群的影响,可模拟种群数量和生存力变化特征,是一种应用广泛的种群生存力分析模型。基于1981—2021年金沙江圆口铜鱼资源调查数据,采用Vortex模型构建了金沙江中下游干流大规模水电开发前、后两个时期圆口铜鱼种群生存力分析模型,考虑了水电开发下,水温、流速等环境变化对圆口铜鱼种群的影响,对比了两个时期圆口铜鱼种群数量、结构及生存力等。结果表明:水电开发前,严重过度捕捞对圆口铜鱼种群产生了显著威胁,10年内种群数量下降了12.5%,百年内种群内禀增长率为0.085,种群的生存和繁殖能力较稳定,灭绝概率为1%;水电开发后,10年内种群数量下降了42%,百年内种群内禀增长率降至-0.087,灭绝概率增大至36.1%,种群平均灭绝时间为83.7年,圆口铜鱼抵抗环境干扰的种群恢复能力降低,种群生存力受到影响。

灰色Verhulst-时间序列组合模型在沉降监测中的应用

针对传统单一的灰色模型、时间序列模型在进行沉降监测数据模型存在精度较低的问题,本文提出了一种灰色Verhulst模型和时间序列模型的组合优化模型。首先,对灰色Verhulst模型、时间序列模型的基本理论进行阐述;其次,建立了灰色Verhulst-时间序列模型,即以灰色Verhulst模型得到的样本数据拟合值作为时间序列模型进行预测的样本值;最后,通过以某建筑物沉降监测点为例进行计算并进行灰色Verhulst模型、时间序列模型以及灰色Verhulst-时间序列模型的预测结果对比。实验结果表明,灰色Verhulst-时间序列组合优化模型的预测精度最高,均方差为0.3275 mm,验证了该组合模型更贴合建筑物沉降的变形趋势。

基于灰色Verhulst模型的矿区地表沉降预测研究

灰色Verhulst模型是灰色系统理论模型的重要组成之一,对“S”形曲线具有良好的表现能力。针对灰色Verhulst模型在矿区地表沉降预测中的适用性问题,以灰色Verhulst模型为矿区地表沉降预测模型,以某煤矿综采工作面地表沉降监测数据为数据源,选取其中2个点(M36和M79)开展了灰色Verhulst模型地表沉降预测研究。同时,以后验差比C、小误差概率P和预测值平均相对误差综合进行模型预测精度评价。结果表明:M36和M79号点的预测结果P值均为1,C值分别为0.22和0.07,模型等级均为优秀。M36和M79号点的预测结果平均相对误差分别为1.18和0.27,与C、P值保持一致。灰色Verhulst模型可对地下采煤引起的地表移动初始期、活跃期和衰退期三个阶段开展全周期预测,是矿区地表沉降预测的适用性模型。

受捕食影响的单种群时滞模型的动力学

本文研究了一类受捕食影响的单种群时滞模型,其中捕食因素导致模型出现强/弱Allee效应。我们重点分析了时滞对稳定性的影响,并通过数值模拟验证我们的理论结果。结果表明小时滞有助于种群维持稳定生存状态,而随着时滞的增大,种群可能呈现周期振荡;而当时滞充分大于临界值时,种群最终会灭绝。此外我们研究发现,可以通过调控时滞确保种群的持续生存。

随机河流种群扩散模型的近优性控制

本文研究了具有布朗运动的污染物对河流种群影响的时空模型的长期行为。首先在传统控制策略的基础上,创新性地引入了随机扰动,提出了一种新型的适应性控制策略,以应对环境变化带来的不确定性。证明了该模型具有全局正解和平稳分布的存在唯一性,确保了模型的理论基础,为后续分析奠定基础。然后,考虑到污染物对河流种群的影响,将河流种群扩散模型引入控制策略,利用庞特里亚金的随机极大值原理,得到了随机河流种群扩散模型的近优性控制的充要条件。This paper studies the long-term behavior of a spatiotemporal model concerning the impact of pollutants with Brownian motion on river populations. First, based on traditional control strategies, we innovatively introduce stochastic perturbations and propose a novel adaptive control strategy to address the uncertainties brought about by environmental changes. We prove the existence and uniqueness of global positive solutions and stationary distributions for the model, ensuring its theoretical foundation and laying the groundwork for subsequent analyses. Next, considering the impact of pollutants on river populations, we incorporate the river population diffusion model into control strategies and, using Pontryagin’s stochastic maximum principle, derive the necessary and sufficient conditions for near-optimal control of the stochastic river population diffusion model.

基于ADDIE模型的高中生物学单元教学设计——以“种群及其动态”单元为例

本文以“种群及其动态”单元为例,运用ADDIE模型进行单元教学系统分析设计。教师通过分析教学背景,设计单元教学内容与学习目标,提炼单元关键问题,构建单元教学步骤,围绕单元教学流程策划学生学习活动,推进课堂教学进度,并运用多元化评价手段衡量单元教学的成效,形成指向核心素养的单元教学设计,从而更好地提升学生学习的有效性,发展学生的生物学学科核心素养。

两区域分数阶捕食者–猎物种群模型的参数反问题

本文考虑分数阶捕食者–猎物种群模型以及该模型的参数反问题。介绍正问题解的存在性与唯一性,提出了微分阶数和生长速率的反问题,并对反问题解的存在唯一性给出了证明。利用有限差分法求解正问题获得附加数据,然后根据同伦正则化算法进行参数的数值反演,数值结果表明该算法能够有效求解分数阶捕食者–猎物种群模型参数反问题。

细菌种群增生中具L-R模型的迁移算子的占优本征值

近年来,关于迁移方程解的渐近性态和迁移算子的谱分析研究已取得一定的研究成果,然而迁移算子的占优本征值的存在性研究较少,尤其是对细菌种群模型相应迁移算子的占优本征值研究成果更是少之又少。在L2空间中,运用线性算子理论,研究以细菌种群的年龄和遗传周长为特征的带初边值的L-R模型,采用构造算子、豫解算子等方法证明了该迁移算子AH的谱仅由至多可数个具有限代数重数的离散本征值组成以及该迁移算子存在占优本征值。

“数据与模型融合的智能调度优化”专刊前言

调度优化问题广泛存在于国防、制造、能源、交通、农业、物流等诸多领域,普遍呈现出非线性、强约束、多目标、不确定、动态等特征,甚至涉及离散与连续变量的联合优化,性能指标的评价很费时.纯粹模型驱动的优化方法受制于建模难、评模难、解模难.传统群体智能优化,则大多遵循种群初始化、交叉变异、个体选择等基本步骤,此类数据驱动的优化方法存在问题特征结合弱、收敛速度慢等缺陷.随着云计算、大数据等信息技术的飞速发展,新一代人工智能注重数据、知识、算力和算法的深度融合,这为智能优化的创新和发展指明了方向.开展数据与模型融合的优化理论分析、算法设计,有助于全面提升算法性能,是新一代智能调度优化发展的重要方向.因此,面向复杂调度优化问题的高效、高质、鲁棒的智能优化理论与方法研究,已成为数学、自动化、计算机、人工智能、工业工程、管理等领域的热点前沿方向.本专刊聚焦数据与模型融合的智能调度优化的最新理论、方法及工程应用,展示智能调度优化的最新研究成果,促进学术创新、学科融合、应用推广,助力“人工智能+”在经济、国防和社会等领域的高质量发展.

带有Ornstein-Uhlenbeck过程的随机logistic种群模型

研究带有均值回复Ornstein-Uhlenbeck过程的随机logistic种群模型的动力学行为。证明收获努力E可以控制随机微分方程模型的随机灭绝和持续:若E≥E^(*)并且满足一些其他条件,则种群灭绝;若E<E,则种群持续。同时得到小的回复速率θ或大的波动强度ξ会抑制种群增长,大的回复速率θ或小的波动强度ξ有利于种群增长。

基于复合种群SIR模型的应急防疫物资仓库选址

为提高对疫情的应急响应与控制水平,研究应急防疫物资储备仓库选址方法。首先,综合考虑城市网络中人口及城市间的人流量因素,利用复合种群SIR模型预测应急防疫物资需求量,并以2017年华北地区城市流感数据验证预测准确性;然后,通过栅格化选址区域生成初始解空间,以时效性优先为原则,构建基于P中值模型的大规模区域内储备仓库选址模型,并以加权运输距离最小为目标,设计结合重心法的精英保留遗传算法求解模型;最后,以华北地区防疫物资仓库建设为试验案例,使用真实运输距离数据验证模型和算法的有效性。结果表明:在大规模区域内仓库候选位置未知的情况下,该模型和求解算法能够保证选址方案的合理性和计算敏捷性,在仓库数量有限的条件下满足疫情爆发时的应急防疫物资供应需求。

基于有效积温模型的草地贪夜蛾田间种群动态分析

为了解湖北省局部地区草地贪夜蛾田间种群动态特征及影响因素,采用抽样调查和模型分析相结合进行了研究。2020年玉米田间抽样调查结果显示:当阳、仙桃、武穴、红安4个样点的幼虫首见时间分别为6月4日、6月1日、5月27日和6月9日,幼虫发生一直持续到10月底;幼虫百株虫量的全年峰值发生在9月上中旬,峰值分别为21、36、23、10头,与基于有效积温模型的模拟结果基本吻合。模型分析显示:草地贪夜蛾全年发生4~5代;首次见卵时间越早,则全年峰值时间越早,而初始卵密度越高,则全年峰值越高;温度上升幅度越高,则全年峰值时间越早、峰值越高;产卵期越集中,则全年峰值时间越早、峰值越高。结果表明:首次见卵时间、初始卵密度、温度、产卵年龄分布均是影响草地贪夜蛾田间种群动态的重要因素。结果为进一步研究草地贪夜蛾的区域种群动态及迁飞条件对区域种群动态的影响打下基础。

改良Verhulst模型在泥岩路基沉降预测中的应用

为了准确预测泥岩高速公路路基不同填筑阶段的沉降数据,避免长期监测带来的不便,提出了5个改良Verhulst模型:分别利用元胞自动机和矩形法以及积分法改良传统Verhulst模型背景值,建立了元胞自动机改良模型、矩形法模型和积分法模型;在此基础上,利用元胞自动机理论优化矩形法模型和积分法模型的背景值,建立了综合改良模型1、2。以马巢高速公路泥岩路基沉降数据为基础,采用传统Verhulst模型和5个改良Verhulst模型预测路基在不同填筑阶段的沉降。结果表明:5个改良模型中,2种综合改良模型精度最高,其次为元胞自动机改良模型和积分法模型,最后为矩形法模型,且预测精度均优于传统模型,能较好地预测不同风化程度泥岩路基在不同填筑阶段的沉降,符合工程要求。