Дипломная работа посвящена программной реализации и экспериментальному исследованию алгоритма на основе биогеографии, а также разработке программного комплекса

Скачать 0.93 Mb.

Название	Дипломная работа посвящена программной реализации и экспериментальному исследованию алгоритма на основе биогеографии, а также разработке программного комплекса
страница	3/16
Дата публикации	07.05.2015
Размер	0.93 Mb.
Тип	Диплом

100-bal.ru > География > Диплом

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 16

Глава 2. Конструкторская часть. Метод биогеографии

2.1. Биологические предпосылки метода

Наука биогеографии может быть прослежена до работ натуралистов девятнадцатого века, таких как Альфред Уоллес и Чарльз Дарвин. В начале 1960-ых годов Роберт Макартур и Эдвард Уилсон начали свое научное сотрудничество, разрабатывая математические модели, описывающие биогеографию. Их главная работа была опубликована в 1967 году и называлась «Теория островной биогеографии» [8]. Их интерес, прежде всего, фокусировался на распределении разновидностей на соседних островах. Они интересовались математическими моделями, определяющими исчезновение и миграции разновидностей. Начиная с работы Макартура и Уилсона, биогеография стала главной областью исследования.

Математические модели биогеографии описывают как разновидности переходят с одного острова на другой, как возникают новые разновидности и как они вымирают. Термин "остров" здесь использован описательно, а не буквально. То есть остров является любой средой обитания, географически изолированной от других сред обитания. Поэтому используем более обобщенное обозначение "среда обитания" (а не "остров"). Географические районы, включающие такие факторы как ливень, разнообразие растительности, разнообразие топографических функций и температуру, хорошо подходят как местонахождения для биологических разновидностей и соответственно более пригодны. Переменные, характеризующие обитаемость, называют индексными переменными пригодности среды обитания. Они считаются независимыми переменными, но от них зависит пригодность среды обитания в целом.

Более пригодные среды имеют тенденцию к большому количеству разновидностей, а в менее пригодных средах количество разновидностей не велико. Просто на основании большого количества разновидностей, хорошие среды обитания имеют много представителей, эмигрирующих в соседние среды. (Однако это не означает, что эмигрирующая разновидность полностью исчезает из ее домашней среды обитания; только несколько представителей эмигрируют, поэтому разновидность остается существующей в своей домашней среде обитания, одновременно переходя на соседнюю среду обитания). Также в более пригодных средах низкий уровень иммиграции разновидностей, потому что они уже почти насыщены, поэтому хорошие среды обитания более статичны в своем распределении разновидностей, чем плохие. Менее пригодные среды обитания имеют высокий уровень иммиграции разновидностей из-за своих редких представителей. Иммиграция новых разновидностей в бедные среды может повысить пригодность этой среды, потому что пригодность среды обитания пропорциональна разнообразию ее форм жизни. Однако если пригодность среды обитания останется низкой, то находящиеся разновидности там будут иметь тенденцию к исчезновению, которая далее откроет путь к дополнительной иммиграции. Из-за этого, среды обитания с низкой пригодностью более динамичны в своем распределении разновидностей, чем среды обитания с высокой пригодностью.

Биогеография является способом распределения разновидностей в природе и подходит для решения общих задач. Предположим, что нам дают задачу и некоторые варианты ее решения. Задача может быть из любой области жизни (разработка, экономика, медицина, бизнес, городское планирование, спортивные состязания, и т.д.), пока у нас есть измеримая мера пригодности решения. Хорошее решение – это как остров с высокой пригодностью для жизни, и плохое решение – наоборот. Хорошие решения сопротивляются изменению больше, чем плохие. К тому же хорошие решения имеют тенденцию совместно использовать свои функции с плохими решениями. (Совместно используемые функции остаются в хороших решениях, одновременно появляясь как новые функции в плохих решениях. Принимая много новых функций от хороших решений, плохие решения могут повысить качество своих старых решений.)
2.2. Понятие биогеографии

Рисунок 2.1 иллюстрирует модель распространения сред обитания в экосистеме. Уровень иммиграции и уровень эмиграции – это функции, корректирующие число сред обитания в экосистеме.

безымянный.bmp

Рисунок 2.1 – Модель простой среды обитания

Рассмотрим кривую иммиграции. Максимальный возможный уровень иммиграции в экосистеме I достигается, когда вообще отсутствуют среды обитания. Число сред обитаний увеличивается, и экосистема становится более заполненной, соответственно меньшее количество представителей какой-либо среды обитания в состоянии успешно иммигрировать, поэтому уровень иммиграции уменьшается. Самое большое число сред обитания, которое может поддерживать экосистема, этоS_max, в этой точке уровень иммиграции становится нулем.

Теперь рассмотрим кривую эмиграции. Если нет никаких больше сред обитания, тогда уровень эмиграции должен быть нулевым. С увеличением их числа, экосистема становится более заполненной, соответственно больше вариантов для эмиграции, чтобы исследовать другие возможные местонахождения. Максимальный уровень эмиграции E достигается, когда экосистема содержит наибольшее число сред обитания.

Число равновесия сред обитания S₀ – это точка, где уровень иммиграции и эмиграции равны. Однако могут быть случайные отклонения из-за временных эффектов. Положительные отклонения могли произойти из-за внезапного всплеска иммиграции (вызваны, возможно, необычно большой частью плавающих обломков, прибывающих от соседней среды обитания), или внезапный взрыв видообразований (как миниатюрный кембрийский взрыв). Отрицательные отклонения могли произойти из-за болезни, появления особенно голодного хищника или некоторой другой естественной катастрофы.

Мы показали кривые иммиграции и эмиграции на рисунке 2.1 как прямые линии, но в целом они могли бы быть более усложненными кривыми. Однако, эта простая модель дает нам общее описание процесса иммиграции и эмиграции. Детали могут быть скорректированы, если нужно.

Сейчас рассмотрим вероятность P_sтого, что экосистема содержит S сред обитания. Изменение вероятности P_sза время от t до (t + Δt) имеет вид

(2.1)
где

иммиграционный и эмиграционный уровень экосистемы с S средами обитания. Это уравнение справедливо, так как для того, чтобы получить S сред обитания за время

, должно выполняться одно из следующих условий:

было S сред во время t, и никакая иммиграция или эмиграция не произошли между t и ;
было сред во время t, и за время произошла иммиграция;
было сред во время t, и за время произошла эмиграция.

Мы предполагаем, что

достаточно мало, чтобы можно было проигнорировать вероятность нескольких иммиграций или эмиграций. Тогда, если взять предел уравнения (2.1) при

, получим дифференциальное уравнение

(2.2)

Полагаем

для простоты записи. Теперь, используя уравненияP_s (S=0, ...,n),получаем

(2.3)

где матрица А получается из уравнения

(2.4)

Уровни иммиграции и эмиграции в матрице А находим из уравнений

(2.5)

Существует также особый случай, когда E = I. Тогда, исходя из уравнений (2.5), получаем

, (2.6)

и матрица А примет вид

. (2.7)

Рисунок 2.2 – Иллюстрация двух кандидатов решения некоторой задачи. S₁ является худшим решением относительно более хорошего решения S₂

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 16

Похожие:

	Данная дипломная работа посвящена разработке системы электронного журнала/дневника для школ Разработанное программное обеспечение позволяет автоматизировать контроль качества и документооборота		Дипломная работа содержит 104 листа, 6 таблиц, 35 рисунков. Тема:... Данная дипломная работа посвящена проблемам разработки и внедрения устройств связи высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазона....
	Реферат Данная работа посвящена разработке программного обеспечения... В главе 1 рассмотрены задачи автоматизации процессов Оператора связи, а также важность вопроса обеспечения автоматизированного тестирования...		Дипломная работа на тему: «Совершенствование организации поддержки... Дипломная работа «Совершенствование организации поддержки и развития малого предпринимательства в муниципальном районе на примере...
	Реферат. Дипломная работа посвящена разработке рекомендаций по развитию mice-индустрии в Москве Целью работы является разработка рекомендаций по развитию mice- индустрии в Москве. Для осуществления данной цели необходимо рассмотреть...		Аннотация к проекту: «Космические мини-ракеты» Он посвящён экспериментальному исследованию принципов реактивного движения и конструированию простейших моделей ракет. Работа над...
	Людмила Андреевна «преступление» Настоящая работа посвящена исследованию идиом русского языка, относящихся к понятиям «Преступление» и «Наказание»		Реферат по предмету Управление качеством на тему: «Стандарты при... Исключение составляют программы, где необходима привязка к российским условиям (бухгалтерские программы). Доля программной продукции...
	Исследование местоимений актуально во все времена, так как жизнь... Данная курсовая работа посвящена исследованию лексико-семантических разрядов местоимений		Дипломная работа Мамзеров Д. В., навигация и интерфейс в средах виртуальной реальности, дипломная работа
	А. И. Алексеева Пятигорский филиал Северо-Кавказского государственного... Статья посвящена обоснованию алгоритма анализа рентабельности собственного капитала организаций в условиях кризиса и ее апробации...		Реферат Данная дипломная работа посвящена вопросам страхования во... ...
	Работа №1. «Конституционное право» При разработке учебно-методического комплекса учебной дисциплины в основу положены		Реферат Данная работа посвящена разработке интеграционного интерфейса... Данная работа посвящена разработке интеграционного интерфейса между системами oss ту аргус и ау лира, который предназначен для организации...
	Реферат Дипломная работа посвящена проблеме повышения эффективности... На тему Снижение издержек производства растворителя марки 646 в Федеральном Государственном Унитарном предприятии «Соликамский завод...		Дипломная работа по теме: “ Интерактивная база данных по дендроклиматологии” Работу Моя дипломная работа очень актуальна, потому что дендроклиматология – малоизученная и малоизвестная область биологии. Дендроклиматология...

Школьные материалы