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2026年1月26日 (星期一)
→案例:云杉蚜虫爆发模型
第67行:
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背景:云杉蚜虫是一种会吃森林树叶的虫子,同时也会被鸟类等动物捕食。
背景:云杉蚜虫是一种会吃森林树叶的虫子,同时也会被鸟类等动物捕食。
−
模型方程:
+
==模型方程==
<math display="block">
<math display="block">
\frac{dN}{dt} = rN(1 - \frac{N}{K}) - P(N)
\frac{dN}{dt} = rN(1 - \frac{N}{K}) - P(N)
第75行:
第75行:
* <math>P(N)</math> 是捕食率曲线,通常呈 S 形,例如 <math>P(N) = \frac{BN^2}{A^2 + N^2}</math>。
* <math>P(N)</math> 是捕食率曲线,通常呈 S 形,例如 <math>P(N) = \frac{BN^2}{A^2 + N^2}</math>。
+
==无量纲公式化处理==
以<math>\frac{dN}{dt} = rN(1 - \frac{N}{K}) - \frac{BN^2}{A^2 + N^2}</math>为例,
以<math>\frac{dN}{dt} = rN(1 - \frac{N}{K}) - \frac{BN^2}{A^2 + N^2}</math>为例,
−
由于式中出现了四个参数<math>N</math>、<math>K</math>、<math>A</math>
、
<math>B</math>
,需要通过无量纲化减少参数数量,同时将参数集中到逻辑斯蒂方程的部分,隔离捕食者方程的部分来便于我们分析。
+
由于式中出现了四个参数<math>N</math>、<math>K</math>、<math>A</math>
(鸟类捕食饱和点)、
<math>B</math>
(最大捕食率),需要通过无量纲化减少参数数量,同时将参数集中到逻辑斯蒂方程的部分,消除捕食者方程中的参数来便于我们分析。
−
+
1. 式子两边除以<math>B</math>,令<math>x=N/A
<
/
math>
。得到<math
>
\frac{A \mathrm{~d} x}{B \mathrm{~d} t}=\frac{R}{B} A x\left(1-\frac{A x}{K}\right)-\frac{x^{2}}{1+x^{2}}
</math>
−
+
2. 引入无量纲时间
<math>
\tau
=
\frac{B t}{A}
</math>
,无量纲参数
<math>
\quad r=\frac{R A}{B}</math>与<math
>
\quad k=\frac{K}{A}
</math>
。在根据链式微分法则可到最终的化简方程:
−
生态学背景下,一般假设
<math>
r
>
0
</math>
。此时
<math>
N
=
0
</math>
通常为不稳定不动点,因此分析实际问题时一般关注
<math>
N
>
0
</math>
的不动点的情况,即
−
<math display="block">
<math display="block">
−
r
(1 - \frac{
N
}{
K
})
=
\frac{
BN
}{
A^2
+
N
^2}
+
\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} \tau } = rx
(1-\frac{
r
}{
x
})
-
\frac{
x^2
}{
1
+
x
^2}
</math>
</math>
+
==分析过程==
+
生态学背景下,一般假设<math>r>0</math>。此时<math>N=0</math>通常为不稳定不动点,因此分析实际问题时一般关注<math>N>0</math>的不动点的情况,即
对该方程可转化为求解两条曲线的交点问题。
对该方程可转化为求解两条曲线的交点问题。
刘子豪
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