草原生态系统建模问题

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1、.草原生态系统建模问题...一．问题重述草原生态系统由黄羊，草，狼组成。黄羊吃草，黄羊的过度繁殖会导致草场退化；草场面积过小也会抑制羊群的繁殖。狼吃黄羊，直接影响黄羊的种群数量，也间接地影响草场的生长；而当羊群种群数量太小时，狼群总体的繁殖率也会下降。草场，黄羊，狼群之间相互作用，共同维持草原生态系统的稳定。现需要根据草场，黄羊，狼群之间满足的一系列条件建立草原“草场--黄羊--狼”的生态模型，并研究此生态系统的稳定性。二．模型的假设及约定（一）草场基本假定1.草场总面积1000平方公里。2.每平方公里在供养50只以下黄羊情况下，草场不退化

2、，且以每年百分之0.08的速度恢复。3.当黄羊数量平均每平方公里超过50只时，草场面积减小率与黄羊超过50只的数量成正比，比例系数0.0001。4.草场恢复到1000平方公里后不再增加(容量封顶)。（二）黄羊种群基本假定1.当前黄羊种群数量60000只...2.草场充足,没有狼群情况下，黄羊群净增长率0.13.草场不充足会导致种群繁殖率下降，下降率与每平方公里平均黄羊数量减50长比例，比例系数为0.074.狼群存在会减少黄羊的数量5.草场完全退化后，黄羊次年灭绝（三）狼群基本假定1.当前狼群种数50只。2.黄羊种群数量与狼种群数量之比超过3

3、00:1时，狼群净增长率0.01。3.羊与狼的数量之比低于300:1时，会导致狼群繁殖率下降，下降与狼群总量与黄羊总量值比成比例，比例系数为α。4.每只狼平均每年吃掉20只黄羊。5.黄羊灭绝次年，狼群灭绝。三．研究问题1.建模并分析α=5时，200年后生态系统的状态；2.回答这种情况下生态系统的最终状态；3.[1,10]之间，讨论它的变化对生态系统的影响。四．模型的建立1.草场建模...X1=1000Xn+1=min⁡{1000,1.008X（n）},&Y(n)X(n)<50max⁡{0,[1-0.0001YnXn-50]X(n)},&Y(

4、n)X(n)≥502.黄羊建模Y(n)=60000Y(n+1)max1.1Yn-20Zn,0Y(n)X(n)<50max⁡{1.1-0.07YnXn-50Yn,0}0Xn=0Y(n)X(n)≥503.狼群建模Z（1）=50Y(n+1)1.1Z(n)Y(n)Z(n)>3001.1-αZ(n)Y(n)0Yn=0Y(n)Z(n)⋞300五．模型求解（一）利用matlab编程进行求解a=5时生态系统的变化，并画出随着年份的增加草场，黄羊和狼的种群数量的变化，得到结果如下：1.草场的变化结果：...2.黄羊的变化结果3.狼群的变化结果：...从表中可

5、以看出，200年后生态系统草场维持在999.9到1000亩之间，黄羊数量约为50000头，狼群数量约为165头，整个生态系统良好。如果没有人为或者重大自然灾害的干预，最终生态系统应处于动态平衡状态。（一）为分析α∋[1,10]之间的变化对生态系统的影响，取α为奇数（α=1,3,5,7,9）时生态系统的变化作为对比进行分析。（α=5时的图见（一）中）1.当α=1时......1.当α=3时...1.当α=7时......1.当α=9时...由以上可知，惩罚因子α...越大时，生态系统越稳定，波动越小。这告诉我们，在现实生活建模中，脆弱的生态系

6、统如沙漠系统建模时就应该选择较小的α，而稳定的生态系统就应该选择较大的α。这样才能减小建模的偏差，实现较好的预测效果。..