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| | 在人口学中,该模型通常写作:<math>{\displaystyle {\frac {dN}{dt}}=rN\left(1-{\frac {N}{K}}\right)}</math>, | | 在人口学中,该模型通常写作:<math>{\displaystyle {\frac {dN}{dt}}=rN\left(1-{\frac {N}{K}}\right)}</math>, |
| | 其中常数<math>r</math>为种群(人口)增长率,<math>K</math>为环境承载力。 | | 其中常数<math>r</math>为种群(人口)增长率,<math>K</math>为环境承载力。 |
| − | 方程中,早期的几乎无阻力的增长率来自<math>rN</math>。增长率r代表种群(人口)数量<math>N</math>在一个单位时间内的增长比例。随着人口增长,第二项<math>{\frac{-rN^2}{K}}</math>变得几乎和第一项一样大,种群N内的个体之间开始争夺某些关键资源(例如食物或生存空间)而相互干扰。这种对抗效应称为“瓶颈”,由参数<math>K</math>代表。竞争会降低总增长率,直到<math>N</math>停止增长(种群/人口成熟)。方程的解(<math>N_{0}</math>为初始种群/人口数量)为 | + | 方程中,早期的几乎无阻力的增长率来自<math>rN</math>。增长率<math>r</math>代表种群(人口)数量<math>N</math>在一个单位时间内的增长比例。随着人口增长,第二项<math>{\frac{-rN^2}{K}}</math>变得几乎和第一项一样大,种群<math>N</math>内的个体之间开始争夺某些关键资源(例如食物或生存空间)而相互干扰。这种对抗效应称为“瓶颈”,由参数<math>K</math>代表。竞争会降低总增长率,直到<math>N</math>停止增长(种群/人口成熟)。方程的解(<math>N_{0}</math>为初始种群/人口数量)为 |
| | <math>{\displaystyle N(t)={\frac {KN_{0}e^{rt}}{K+N_{0}\left(e^{rt}-1\right)}}={\frac {K}{1+\left({\frac {K-N_{0}}{N_{0}}}\right)e^{-rt}}}}</math>, | | <math>{\displaystyle N(t)={\frac {KN_{0}e^{rt}}{K+N_{0}\left(e^{rt}-1\right)}}={\frac {K}{1+\left({\frac {K-N_{0}}{N_{0}}}\right)e^{-rt}}}}</math>, |
| | 其中:<math>{\displaystyle \lim _{t\to \infty }N(t)=K}</math>。 | | 其中:<math>{\displaystyle \lim _{t\to \infty }N(t)=K}</math>。 |
| − | 因此,K是N的极限值,即经过足够长时间后,种群(人口)规模所能达到的最大值。值得注意的是,只要初始值<math>{\displaystyle N(0)>0}</math>,无论取值多少,种群数量都会渐近逼近环境承载力K,即使初始值<math>{\displaystyle N(0)>K}</math>也是如此。
| + | 因此,<math>K</math>是<math>N</math>的极限值,即经过足够长时间后,种群(人口)规模所能达到的最大值。值得注意的是,只要初始值<math>{\displaystyle N(0)>0}</math>,无论取值多少,种群数量都会渐近逼近环境承载力<math>K</math>,即使初始值<math>{\displaystyle N(0)>K}</math>也是如此。 |
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| | 生态学中有时称一个物种是R策略或K策略([[R/K选择理论]])的,这是指它们在自然选择过程形成的生物生命周期策略。进行无量纲化,使<math>n</math>代表以环境承载力单位计的种群数量,<math>{\displaystyle \tau }</math>代表以<math>{\displaystyle 1/r}</math>的单位计量的时间,得出无量纲微分方程: | | 生态学中有时称一个物种是R策略或K策略([[R/K选择理论]])的,这是指它们在自然选择过程形成的生物生命周期策略。进行无量纲化,使<math>n</math>代表以环境承载力单位计的种群数量,<math>{\displaystyle \tau }</math>代表以<math>{\displaystyle 1/r}</math>的单位计量的时间,得出无量纲微分方程: |
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| | 其中一种特别重要的情况是承载力呈周期变化: | | 其中一种特别重要的情况是承载力呈周期变化: |
| | <math>{\displaystyle K(t+T)=K(t)}</math>, | | <math>{\displaystyle K(t+T)=K(t)}</math>, |
| − | 此时,只要初始值<math>{\displaystyle N(0)>0}</math>,<math>{\displaystyle N(t)}</math>会逼近一个周期为<math>{\displaystyle T}</math>的周期解<math>{\displaystyle N_{*}(t)}</math>。 | + | 此时,只要初始值<math>{\displaystyle N(0)>0}</math>,<math>{\displaystyle N_(t)}</math>会逼近一个周期为<math>{\displaystyle T}</math>的周期解<math>{\displaystyle N_{*}(t)}</math>。 |
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| | <math>{\displaystyle T}</math>的典型取值为1年,在此情况下,<math>{\displaystyle K(t)}</math>可表示天气条件的周期性变化。 | | <math>{\displaystyle T}</math>的典型取值为1年,在此情况下,<math>{\displaystyle K(t)}</math>可表示天气条件的周期性变化。 |
| − | 另一个有趣的一般化情形是考虑承载能力<math>K_{(t)}</math>作为关于较早时间的种群数量的函数,以表示种群改变其所处环境的延迟。这就构成了一个逻辑斯谛时滞方程,它具有非常丰富的行为,在某些参数范围内呈现双稳定,以及单调衰减至零、平滑指数增长、间断无限增长(即多个<math>S</math>形)、间断增长或交替到平稳水平、振荡接近稳定水平、持续振荡、有限时间奇异点以及有限时间死亡。 | + | 另一个有趣的一般化情形是考虑承载能力<math>K_{(t)}</math>作为关于较早时间的种群数量的函数,以表示种群改变其所处环境的延迟。这就构成了一个逻辑斯谛时滞方程,它具有非常丰富的行为,在某些参数范围内呈现双稳定,以及单调衰减至零、平滑指数增长、间断无限增长(即多个S形)、间断增长或交替到平稳水平、振荡接近稳定水平、持续振荡、有限时间奇异点以及有限时间死亡。 |
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| | ==医学:流行病传播模型== | | ==医学:流行病传播模型== |
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| | * '''市场预测''':预测新产品市场占有率的增长和饱和趋势<ref>Bass, F. M. (1969). A new product growth for model consumer durables. Management Science, 15(5), 215–227.</ref>。 | | * '''市场预测''':预测新产品市场占有率的增长和饱和趋势<ref>Bass, F. M. (1969). A new product growth for model consumer durables. Management Science, 15(5), 215–227.</ref>。 |
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| − | * '''语言学''':用于对语言变化进行建模,如新词汇或语法结构的传播速度随时间呈<math>S</math>形变化。 | + | * '''语言学''':用于对语言变化进行建模,如新词汇或语法结构的传播速度随时间呈S形变化。 |
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| | * '''创新扩散''':巴斯扩散模型的核心就是逻辑斯谛方程,用于描述新产品或新技术在人群中采纳的过程:从早期采用者到晚期大众,最后市场饱和。 | | * '''创新扩散''':巴斯扩散模型的核心就是逻辑斯谛方程,用于描述新产品或新技术在人群中采纳的过程:从早期采用者到晚期大众,最后市场饱和。 |