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研究种群生态系统模型的常用方法是用微分动力学理论预测种群的变化趋势、分析种群的稳定性等。微分动力学模型是一种精确的数学模型,并敏感地依赖于其中的参数变化。但精确的数学模型描述不了生态系统中的不确定性、模糊性现象;生态系统的复杂性也给模型中参数的获得带来一定的困难。本文以具体的种群生态系统为研究背景,从专家知识经验角度建立基于规则的模糊系统模型,作为微分方程的逼近模型,研究种群的变化;并将软测量技术引入种群生态领域,提出一种将微分动力系统模型与模糊系统模型相结合的新的混合软测量技术,估计微分动力系统中如竞争系数、能量转换系数等难以测量的参数。
本文首先介绍了模糊系统模型的基本理论和基本结构,分析了软测量模型目前的几种建模方法,讨论了机理分析模型和统计学习模型各自的利弊,提出一种将微分动力系统模型和模糊系统模型相结合的混合软测量模型。其次,本文重点研究了种群生态系统的模糊建模方法,从专家知识经验角度建立模糊规则库,设计隶属度函数,选择合适的模糊系统得出种群数量变化轨迹,在分别给出一维、二维系统模型设计方法的基础上,将种群模糊系统建模发展到三维。最后,引入混合软测量技术,用模糊系统模型得出的种群数量变化轨迹辨识微分动力系统方程模型中的参数,如竞争系数、能量转换系数等。
本文提出基于规则的模糊模型能充分利用系统的先验知识和已有的数据,为种群系统的建模研究提供了一个参考;提出的软测量混合建模方法和所构建的软测量系统也为实现种群动力系统中的难测参数测量提供一种新的可行性途径。