Особенности компьютерного моделирования биологической системы «Хищник-жертва» - TU

Особенности компьютерного моделирования биологической системы «Хищник-жертва»

Abstract

В статье рассмотрены особенности компьютерного моделирования биологической системы «Хищник-жертва». По мере того, как хищники питаются добычей, количество жертвы начинает уменьшаться, а количество хищников начинает увеличиваться. Однако это может длиться недолго. Через некоторое время хищникам не хватает еды, и их популяция перестает расти и даже сокращается. В результате жертвы начинают размножаться и их количество увеличивается. Затем эти процессы повторяются и начинают определять периодичность. Модели, описывающие биологическую систему «Хищник-жертва», довольно распространены, наиболее распространенные: модель Лотка - Вольтера, модель Лотка - Вольтера с логистической поправкой и модель Холлинга-Тэннера. В работе приведены компьтерное моделирование и описание этих явлений с помощью современной системы компьютерной математики Mathcad. Mathcad идеально подходит для моделирования и визуализации различных явлений. Впервые проведен сравнительный анализ результатов трех вышеуказанных моделей. Анализ показал следующее: Модель Лотка - Вольтера достаточно универсальна. Она может описывать не только изменение популяций хищников и жертв, но и поведение конкурирующих фирм, рост народонаселения, численность воюющих армий, изменение экологической обстановки, развитие науки и пр. Колебания популяций хищников и жертв на самом деле наблюдаются не всегда. Нередко мы наблюдаем стабильное количество тех и других хотя процесс съедания жертв хищниками идет постоянно. Такой случай требует введения некоторой логистической поправки, которая учитывается в модели Лотка - Вольтера с логистической поправкой. Нелинейность модели Холлинга-Тэннера довольно сильная, что видно их вида фазового портрета, витки которого заметно отличаются от эллипсов. Главное свйство этой модели заключается в том, что в конечном счете колебания задаются предельным циклом фазового портрета, который может быть устойчивым. Он и определяет амплитуду колебаний, которые устанавливаются в стационарном режиме работы системы. При этом колебания могут как затухать во времени, так и возрастать во времени, приближаясь при этом к стационарным колебаниям.

Keywords

биологическая система, «Хищник-жертва», модель Лотк-Вольтера, модель Холлинг-Тэннера, компьютерное моделирование, Mathcad, фазовый портрет

Your browser does not support PDFs. Download it instead.

publication date:2026-07-23
article views:0