Гармашов С.И. МОДЕЛИРУЮЩАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ

МОДЕЛИРУЮЩАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА
«ДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПОПУЛЯЦИЙ»
С.И. Гармашов garmashov@sfedu.ru
физический факультет ЮФУ
кафедра технической физики
О РАЗРАБОТКЕ
Вашему вниманию предлагается разработанная
автором компьютерная программа, моделирующая
эволюцию популяций в различных условиях их
взаимодействия друг с другом и питательной средой.
Компьютерная программа построена на принципах
стохастического моделирования: направление и
скорость миграции особей, моменты времени их
питания, размножения и ряд других параметров
системы являются случайными, что приближает
модель к реальной ситуации
2
ЦЕЛИ РАЗРАБОТКИ
- дополнить процесс преподавания дисциплины по
моделированию экологических систем использованием
представляемой компьютерной программы в качестве
наглядного интерактивного электронного пособия
- научить
студентов
разрабатывать
несложные
математические модели экологических систем на
примере алгоритма представляемой компьютерной
программы
3
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДОПУЩЕНИЯ
При разработке модели предполагалось, что:
- популяции состоят из идентичных особей;
- продолжительность их жизни (при неограниченном
ресурсе питания и отсутствии хищников) соответствует
некоторому среднему значению, одинаковому для всех
особей данной популяции;
- гибель особей возможна также из-за их длительного
голодания или болезни.
4
ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММЫ
Таблицы в левом верхнем углу
интерфейса предназначены для
ввода
значений
параметров,
характеризующих рассматриваемые
популяции и питательную среду
На
картинке
в
правой
части
интерфейса отображается динамика
рождения, миграции и вымирания
особей в пределах территории их
обитания. Особи каждой популяции и
их состояния (здоровые, голодающие,
заболевшие) обозначены определенным цветом. Точками зеленого цвета
представлены источники пищи для
особей
Динамику численности популяций и
объема пищевого ресурса можно
наблюдать на диаграмме, размещенной в нижней части интерфейса
5
ВОЗМОЖНОСТИ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ
Компьютерная программа позволяет:
- наблюдать и анализировать эволюцию популяции
одного вида при ограниченном питательном ресурсе;
- конкуренцию популяций двух видов за один общий
ресурс питания;
- эволюцию популяций, когда один из видов является
хищником для другого;
- имитировать распространение
особей (эпидемию).
заболевания
среди
6
ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ: ЗАКОН МАЛЬТУСА
7
ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ: ЛОГИСТИЧЕСКАЯ КРИВАЯ
8
ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ:
КОНКУРЕНЦИЯ ЗА РЕСУРС ПИТАНИЯ (1)
9
ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ:
КОНКУРЕНЦИЯ ЗА РЕСУРС ПИТАНИЯ (2)
10
ВОЗМОЖНОСТЬ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЖИЗНЬЮ
ОТДЕЛЬНОЙ ОСОБИ
11
ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ: ЭПИДЕМИЯ
12
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТКИ
Компьютерная
программа
используется
при
преподавании дисциплины «Математическое моделирование
экологических систем» для студентов 5 курса специальности
«Радиационная безопасность человека и окружающей среды».
В рамках этого курса важно не только ознакомить
студентов с вопросами и методами математического
моделирования
экологических
систем,
но
и
научить
разрабатывать несложные математические модели. Поэтому
некоторые элементы представляемой программы студенты
разрабатывают самостоятельно на лабораторных занятиях,
закрепляя одновременно навыки алгоритмизации и объектноориентированного программирования. Таким образом, при
преподавании упомянутой дисциплины с использованием
разработанной программы решается сразу несколько учебных
задач, что весьма полезно для студентов выпускного курса.
13
ЛИТЕРАТУРА
Алексеев
В.В.
Физическое
и
математическое
моделирование экосистем / В.В. Алексеев, И.И. Крышев,
Т.Г. Сазыкина. – СПб. : Гидрометеоиздат, 1992. – 367 с.
14
Спасибо за внимание!
С.И. Гармашов garmashov@sfedu.ru
физический факультет ЮФУ
кафедра технической физики