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食饵捕食者模型

其中因子 反映由于甲对有限资源的消耗导致的对它本身增长的阻滞作用, 可解释为相对于 而言单位数量的甲消耗别的供养甲的食物量(设食物总量为1)。
当两个种群在同一自然环境中生存时,考察由于乙消耗同一种有限资源对甲的增长产生的影响,可以合理的在因子 中再减去一项,该项与种群乙的数量 (相对于 而言)成正比,于是得到种群甲增长的方程为
>> plot(t,x),grid,gtext('x(t)'),gtext('y(t)'),
>> pause,
>> plot(x(:,1),x(:,2)),grid,
模型解释
根据模型中 与1的大小关系( 与1的大小关系定了,与 与1的大小关系无关,即点 , 的稳定性由 与1的大小关系决定),说明 , 两稳定点在生态学上的意义。
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>> ts=0::25;
>> x0=[25,2];
>> [t,x]=ode45('shier',ts,x0);
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>> pause,
>> plot(x(:,1),x(:,2)),grid,
设 , , , , , ,则有 , , , , , 。
xdot=[(r-n*x(1)-a*x(2)).*x(1);(-d+b*x(1)-m*x(2)).*x(2)];
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>> x0=[25,2];
>> [t,x]=ode45('shier',ts,x0);
>> plot(t,x),grid,gtext('x(t)'),gtext('y(t)'),
MATLAB代码为:
function xdot=shier(t,x)
r=1;d=;a=;b=;n=;m=;
xdot=[(r-n*x(1)-a*x(2)).*x(1);(-d+b*x(1)-m*x(2)).*x(2)];
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>> ts=0::25;
>> x0=[25,2];
>> [t,x]=odeቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5('shier',ts,x0)
(1)
这里的意义是:单位数量乙(相对于 而言)消耗的供养甲的食物量为单位数量甲(相对 )消耗的供养甲的食物量的 倍。
类似的,甲的存在也影响了乙的增长,种群乙没有甲的存在会死亡,设其死亡率为 ,甲为乙提供食物,甲对乙的增长起到了促进作用,乙的增长又会受到自身的阻滞作用,于是得到种群乙增长的方程为
(2)
食饵——捕食者模型
摘要
自然界中不同种群之间存在着一种有趣的既有依存,又有制约的生存方式:种群甲靠丰富的自然资源生长,而种群乙靠捕食种群甲为生。生态学上称种群甲为食饵 ,种群乙为捕食者 ,二者共处组成食饵——捕食者系统(简称 系统)。为了对食饵、捕食者的数量关系做出分析和预测,建立了食饵——捕食者模型:根据微分方程稳定性理论辅之以相轨线分析,对具有自身阻滞作用的两种群的数量关系做出分析和预测。
当 时,点 稳定,因食饵不能为捕食者提供足够食物,即捕食者灭绝,而食饵趋向最大容量;
当 时,点 稳定,这时食饵与捕食者的数量随时间的增加趋于各自的极限值,而趋于生态平衡,时间足够长之后,食饵与捕食者将保持自己的数量不会有大的变化。
参考文献
数学建模/姜启源,谢金星,叶俊编.—3版.—北京:高等教育出版社,(2010重印)
MATLAB代码为:
function xdot=shier(t,x)
r=1;d=;a=;b=;n=;m=;
xdot=[(r-n*x(1)-a*x(2)).*x(1);(-d+b*x(1)-m*x(2)).*x(2)];
>> clear;
>> ts=0::25;
>> x0=[25,2];
>> [t,x]=ode45('shier',ts,x0);
数学建模与实验/陈恩水,王峰编.—北京:科学出版社,2008
MATLAB数学建模与仿真/周品,赵新芬编著,—北京:国防出版社,
数学建模选讲/王树禾编著.—北京:科学出版社,2008精心搜集整理,只为你的需要
关键词
食饵——捕食者,模型,生态学, 规律。
问题重述
讨论具有自身阻滞作用的两种群食饵——捕食者模型,首先根据两种群的相互关系建立模型,解释参数的意义,然后进行稳定性分析,解释平衡点稳定的实际意义,对模型进行相轨线分析来验证理论分析的正确性。
模型建立
种群甲(食饵)靠丰富的自然资源生长,而种群乙(捕食者)靠捕食种群甲为生,食饵(甲)和捕食者(乙)在 时刻的数量分别记为 , , 是甲的固有增长率,种群甲和乙的最大容量分别为 、 。数量的演变均遵从 规律。于是对种群甲有
>> plot(t,x),grid,gtext('x(t)'),gtext('y(t)'),
>> pause,
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设 , , , , , ,则有 , , , , , 。
MATLAB代码为:
function xdot=shier(t,x)
r=1;d=;a=;b=;n=;m=;
>> pause,
>> plot(x(:,1),x(:,2)),grid,
设 , , , , , ,则有 , , , , , 。
MATLAB代码为:
function xdot=shier(t,x)
r=1;d=;a=;b=;n=;m=;
xdot=[(r-n*x(1)-a*x(2)).*x(1);(-d+b*x(1)-m*x(2)).*x(2)];
其中: 反映食饵对捕食者的供养能力。
稳定性分析
为了研究种群甲、乙的结局,即 时, 、 的趋向,需对它的平衡点进行稳定性分析。
首先根据微分方程(1)、(2)解代数方程组
(3)
得到4个平衡点:
, , , 。
按照判断平衡点稳定性的方法计算
将4个平衡点 , 的结果及稳定条件列入下表1.
平衡点
稳定条件
不稳定
不稳定
表1种群甲、乙的平衡点及稳定性
上表的稳定条件由微分方程稳定性理论分析:“若 , ,则平衡点稳定;若 或 ,则平衡点不稳定”可以得到,且平衡点要在第一象限。
在代数方程(3)中记
对于 , 的不同取值范围,直线 和 在相平面上的相对位置不同。
模型计算与验证
数值解:记食饵和捕食者的初始数量分别为
, (4)
为求微分方程(1)、(2)及初始条件(4)的数值解 , (并作图)及相轨线 ,把 用 代替,设 , , , , , ,则有 , , , , , 。
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