稳定性模型--食饵捕食者模型ppt课件.ppt

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1、第七章稳定性模型§7.5食饵-捕食者模型7.5食饵-捕食者模型(种群的弱肉强食)种群甲靠丰富的天然资源生存，种群乙靠捕食甲为生，形成食饵-捕食者系统，如食用鱼和鲨鱼，美洲兔和山猫，害虫和益虫.模型的历史背景——一次世界大战期间地中海渔业的捕捞量下降(食用鱼和鲨鱼同时捕捞)，但是其中鲨鱼的比例却增加，为什么？食饵(甲)数量x(t),捕食者(乙)数量y(t)甲独立生存的增长率r乙使甲的增长率减小，减小量与y成正比乙独立生存的死亡率d甲使乙的死亡率减小，减小量与x成正比方程(1),(2)无解析解食饵-捕食者模型(Vo

2、lterra)a~捕食者掠取食饵能力b~食饵供养捕食者能力tx(t)y(t)020.00004.00000.100021.24063.96510.200022.56493.94050.300023.97633.9269………5.10009.616216.72355.20009.017316.2064………9.500018.47504.04479.600019.61363.99689.700020.83113.9587用数学软件MATLAB求微分方程数值解计算结果（数值，图形）x(t),y(t)是周期函数，相轨线

3、(x,y)是封闭曲线观察，猜测x(t),y(t)的周期约为10.7xmax99.3,xmin2.0,ymax28.4,ymin2.0用数值积分可算出x(t),y(t)一周期的平均值：x(t)的平均值约为25,y(t)的平均值约为10.食饵-捕食者模型(Volterra)Volterra模型的平衡点及其稳定性平衡点稳定性分析P点稳定性不能用近似线性方程分析p=0,q>0P:临界状态q<0P´不稳定消去dt用相轨线分析点稳定性c由初始条件确定取指数x0fmf(x)xOg(y)gmy0yO在相平面上讨论相轨线

4、的图形用相轨线分析点稳定性相轨线时无相轨线以下设y2y1xQ3Q4qy1y2x1x2pyy0xx0POx1x2Q1Q2Q1(x1,y0),Q2(x2,y0)Q3(x,y1),Q4(x,y2)相轨线退化为P点存在x1

5、相轨线分析点稳定性•T2T3T4T1PT1T2T3T4x(t)的“相位”领先y(t)模型解释初值相轨线的方向模型解释r~食饵增长率d~捕食者死亡率b~食饵供养捕食者能力捕食者数量食饵数量Pr/ad/ba~捕食者掠取食饵能力捕食者数量与r成正比,与a成反比食饵数量与d成正比,与b成反比模型解释一次大战期间地中海渔业的捕捞量下降，但是其中鲨鱼的比例却在增加，为什么？rr-1,dd+1捕捞战时捕捞rr-2,dd+2,2<1••食饵(鱼)减少，捕食者(鲨鱼)增加自然环境还表明：对害虫(食饵)—益虫(

6、捕食者)系统，使用灭两种虫的杀虫剂,会使害虫增加，益虫减少.•xyO食饵-捕食者模型(Volterra)的缺点与改进Volterra模型改写多数食饵—捕食者系统观察不到周期震荡,而是趋向某个平衡状态,即存在稳定平衡点.加Logistic项有稳定平衡点相轨线是封闭曲线，结构不稳定——一旦离开某一条闭轨线，就进入另一条闭轨线，不恢复原状.自然界存在的周期性平衡生态系统是结构稳定的，即偏离周期轨道后，内部制约使系统恢复原状.食饵-捕食者模型(Volterra)的缺点与改进r1=1,N1=20,1=0.1,w=0.2

7、,r2=0.5,2=0.18相轨线趋向极限环结构稳定两种群模型的几种形式相互竞争相互依存弱肉强食相轨线x1ox2平面称为该方程组的相平面；该方程组的解在x1ox2平面（相平面）上所描述的曲线称为该方程组的相轨线.用数学软件MATLAB求微分方程数值解functionxdot=shier(t,x)r=1;d=0.5;a=0.1;b=0.02;xdot=[(r-a*x(2)).*x(1);(-d+b*x(1)).*x(2)];ts=0:0.1:15;x0=[25,2];[t,x]=ode45('shier',ts

8、,x0)plot(t,x),grid,gtext('x(t)'),gtext('y(t)'),pause,figureplot(x(:,1),x(:,2)),gridxbar=sum(x([1:107],1))/107ybar=sum(x([1:107],2))/107非线性方程系数矩阵特征方程系数（17）（18）（19）结论：若方程（17）的特征根不为零或实部不为零，则点对于方程（6