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《MATLAB智能算法超級學習手冊》一一2.2 種群競争模型的讨論

本節書摘來自異步社群出版社《matlab智能算法超級學習手冊》一書中的第2章,第2.2節,作者:matlab技術聯盟 , 高飛 , 許玢更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

matlab智能算法超級學習手冊

藍鲸和長須鲸是兩個生活在同一海域的相似的種群,是以認為它們之間存在競争。估計藍鲸的固有增長率每年為5%,長須鲸為每年8%。估計藍鲸環境承載力(環境能夠支援的鲸魚的最大數量)為150 000條,長須鲸為400 000條。鲸魚競争的程度是未知的。過去約100年劇烈的捕撈已經使鲸魚數量減少,藍鲸大約5 000條,長須鲸大約70 000條。藍鲸是否會滅絕?

解:該問題是對2.1節第(1)、(2)、(3)問的具體化。根據實際統計資料,進行藍鲸和長須鲸的種群競争模型模拟計算。假設藍鲸和長須鲸的增長情況僅與兩者之間的競争有關,與其他動物無關;不考慮環境改變帶來的影響,環境承載力是穩定的;人類停止對鲸魚的捕殺,鲸魚按自然條件繁衍。

建立相應的數學模型:

《MATLAB智能算法超級學習手冊》一一2.2 種群競争模型的讨論

由于藍鲸和長須鲸的競争是未知的,根據實際情況,當s 1、s 2取2時,種群間的互相影響已經非常大,是以估計s 1、s 2的區間均為(0,2)時,就可以很好地模拟實際情況。以0.1為步長,采用窮列舉法,代入不同的s 1、s 2,求出最後藍鲸與長須鲸的穩定狀态數值。求解的圖形如圖2-8、圖2-9所示。

《MATLAB智能算法超級學習手冊》一一2.2 種群競争模型的讨論
《MATLAB智能算法超級學習手冊》一一2.2 種群競争模型的讨論

不同情況下s 1、s 2的具體數值清單如下。

《MATLAB智能算法超級學習手冊》一一2.2 種群競争模型的讨論

由以上三表所示結果可知,由于藍鲸的固有增長率每年為5%,長須鲸為每年8%,藍鲸環境承載力為150 000條,長須鲸為400 000條,是以長須鲸在相同的競争程度條件下明顯具有一定的優勢。因而,當藍鲸具有優勢,最後穩态值為x=150000,y=0時的要s 1、s 2必定是s 2較大、s 1較小,而表2-2中s 1基本小于1、s 2基本大于1,正好展現了在藍鲸對長須鲸影響小、藍鲸對長須鲸影響大的條件下,藍鲸具有優勢的實際情況。

同樣,當長須鲸具有優勢,最後穩态值為x=0,y=400000時,根據實際,必然是s1較大(s 1>1),而s2較小(s2<1);同時,由于長須鲸本身對環境的适應力較強(展現在增長率和環境承載力較大),是以即使在互相抑制作用均較大(s1,s 2>1)時,仍然是長須鲸處于優勢地位。綜合所述,s 1>1時,無論s 2取何值,長須鲸都具有優勢。表2-3中,s 1在1.1以上時,x=0,說明理論計算結果很好地符合實際情況。

通過以上分析可知,藍鲸不一定毀滅,s 1、s 2的取值不同時,最後的穩定狀态不同。

種群函數:

主程式:

當s 1、s 2改變時,藍鲸與長須鲸的量數:

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