Файл: Математическое моделирование в экологии.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 31.03.2024

Просмотров: 1059

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Конспект лекций

Владикавказ

Математическое моделирование элементов сложных экологических систем

Лекция 1. Введение в моделирование. Исторический экскурс.

1. Основы моделирования в экологии 1.1. Общие принципы построения моделей в экологии

Лекция 2.

2.1. Элементы моделирования

2.2. Этапы построения математической модели

1.4. Элементы теории подобия, применяемые в моделировании

Лекция 3

3.2. Экологические модели

3.2.1. Основы экологометрики

3.2.2. Выборочный метод в экологометрике.

Зависимость числа интервалов от объема выборки

Статистический ряд по интервалам

Лекция 4. Статистические оценки параметров распределения случайных величин по выборкам

4.4. Статистические оценки гипотез об экологических моделях

Определение вариантов выборок

Выборка из генеральной совокупности

Статистическая таблица

Лекция 5.

Результаты эксперимента

Статистическая таблица эксперимента

Пример преобразования членов уравнения регрессии

Вычисление данных для линеаризации уравнения регрессии

Нормальные уравнения мнк для некоторых функций

Статистическое оценивание уравнения регрессии и парной корреляции.

Обработка результатов наблюдений

Лекция 6.

Рекомендации по выбору вида функции

3.4. Динамические статистические модели

Посадка леса

Данные по объему сброса качественных сточных вод

Данные по объему сброса сточных вод за 5-летие

Пример расчета 5-летних средних

Условное обозначение времени

Расчетные значения для определения уравнения динамики

Ряд динамики для определения сезонных колебаний

Лекция 7. Многофакторные эколого-математические модели. Анализ влияния отдельных факторов в экологической модели.

Эксперименталъный материал исследования

Результаты проведенных опытов

8.1. Анализ влияния отдельных факторов в экологической модели.

Лекция 9. Методы оптимизации. Метод Лагранжа

Лекция 10. Метод линейного программирования.

Лекция 11. Функциональные модели.

Лекция 12. Модели процессов содержащие обыкновенные дифференциальные уравнения.

Численные ошибки использованных для вычисления данных

Лекция 13. Статистические модели динамики.

Лекция 14. Балансовые модели.

Лекция 15.

Лекция 16. Информационные технологии в экологии. Экологические информационные системы.

1 6.1. Экологические информационные системы

1. Какова область значения для числовых характеристик?

Лекция 17. Использование информационных технологий для решения задач экологии.

Специальные приложения.

Значение функции

Значение критерия

Значение критерия

Критические значения коэффициента корреляции rk;α

2. Основы теории подобия

2.1. Подобие физических явлений и его признаки

2.2. Анализ размерностей

2.3. Первая теорема подобия

2.4. Применение методов подобия в математическом

11.3. Численные методы решения дифференциальных уравнений

11.3.1. Постановка задачи

11.3.2. Процесс численного решения

11.3.3. Метод Эйлера

11.3.4. Модифицированный метод Эйлера

11.3.5. Метод Рунге – Кутта

11.3.6. Метод Рунге – Кутта для систем дифференциальных уравнений

11.3.7. Общая характеристика одношаговых методов

3.8. Многошаговые методы

11.3.9. Методы прогноза и коррекции

11.3.10. Краткая характеристика методов прогноза и коррекции.

11.3.11. Выбор шага и погрешность решения.

11.3.12. Жесткие задачи

11.4. Имитационное моделирование систем

11.4.1. Принципы имитационного моделирования

11.4.2. Объекты моделирования

11.4.3. Динамическая модель исследуемого объекта

11.4.4. Построение имитационных моделей динамических систем

11.4.5. Преобразование передаточных функций звеньев в дифференциальные уравнения в форме Коши

11.4.6. Синтез имитационной модели на основе структурной схемы

11.5. Теоретические основы построения математических моделей систем

11.5.1. Компонентные и топологические уравнения

11.5.2. Компонентные и топологические уравнения механической системы

11.5.3. Компонентные и топологические уравнения электрической системы

11.5.4. Компонентные и топологические уравнения гидравлической системы

11.5.5. Компонентные и топологические уравнения тепловой системы

11.6. Метод электроаналогий

11.6.1. Сущность метода электроаналогий.

11.6.2. Электромеханические аналогии

11.6.3. Построение имитационных моделей методом электроаналогий

11.6.4. Плоское прямолинейное движение звеньев

11.6.5. Электрогидравлические аналогии

11.6.6. Электротепловые аналогии

Литература

Значение критерия

Объем выборки

Уровень значимости, α

Объем выборки

Уровень значимости, α

n1

n2

0,005

0,010

0,025

0,050

n1

n2

0,005

0,010

0,025

0,050

6

6

23

24

26

28

14

14

147

152

160

166

6

7

24

25

27

30

14

15

151

156

164

171

6

8

25

27

29

31

15

15

171

176

184

192

6

9

26

28

31

33

15

16

175

181

190

197

6

10

27

29

32

35

15

17

180

186

195

203

7

7

32

34

36

39

16

16

196

202

211

219

7

8

34

35

38

41

16

17

201

207

217

225

7

9

35

37

40

43

16

18

208

212

222

231

7

10

37

39

42

45

17

17

223

230

240

249

8

8

43

45

49

51

17

18

228

235

246

255

8

9

45

47

51

54

17

19

234

241

252

262

8

10

47

49

53

56

18

18

252

259

270

280

9

9

56

59

62

66

18

19

258

265

277

287

9

10

58

61

65

69

18

20

263

271

283

294

9

11

61

63

68

72

19

19

283

291

303

313

10

10

71

74

78

82

19

20

289

297

309

320

10

11

73

77

81

86

20

20

315

324

337

348

10

12

76

79

84

89

20

21

322

331

344

356

11

11

87

91

96

100

21

21

349

359

373

385

11

12

90

94

99

104

21

22

356

366

381

393

11

13

93

97

103

108

22

22

386

396

411

424

12

12

105

109

115

120

22

23

393

403

419

432

12

13

109

113

119

125

23

23

424

434

451

465

12

14

112

116

123

129

23

24

431

443

459

474

13

13

125

130

136

142

24

24

464

475

492

507

13

14

129

134

141

147

24

25

472

484

501

517

13

15

133

138

148

152

25

25

505

517

536

552


Приложение 9

Значение функции

X

x+0

x+0,05

x+0,1

x+0,15

0,0

0,3989

0,3984

0,3970

0,3945

0,2

0,3910

0,3867

0,3814

0,3752

0,4

0,3910

0,3867

0,3814

0,3752

0,6

0,3332

0,3230

0,3123

0,3011

0,8

0,2897

0,2780

0,2661

0,2541

1,0

0,2420

0,2299

0,2179

0,2059

1,2

0,1942

0,1826

0,1714

0,1604

1,4

0,1497

0,1394

0,1295

0,1200

1,6

0,1109

0,1023

0,0940

0,0863

1,8

0,0790

0,0721

0,0656

0,0596

2,0

0,0540

0,0488

0,0440

0,0396

2,2

0,0355

0,0317

0,0283

0,0252

2,4

0,0224

0,0198

0,0175

0,0154

2,6

0,0136

0,0119

0,0104

0.0091

2,8

0,0079

0.0069

0,0060

0,0051

3,0

0,004

0,0038

0,0033

0,0028

3,2

0,0024

0,0020

0,0017

0,0015

3,4

0,0012

0,0010

0,0009

0,0007

3,6

0,0006

0,0005

0,0004

0,0001

3,8

0,0003

0,0002

0,0002

0,0001

4,0

0.00013

0,00010

0,000089

0,000 007

4,2

0,000056

0,000047

0,000038

0,000 034

4,4

0,000025

0,000020

0,000016

0,000 013

4,6

0,000010

0,000008

0,000006

0,000 005

4,8

0,000004

0,000003

0,0000024

0,000 019

5,0

0,0000015


Приложение 10


Критические значения коэффициента корреляции rk;α

Число степеней

свободы

Значение г при

а = 0,05

Значение г при

а = 0,01

1

0,9877

0,9995

2

0,9000

0,9800

4

0,729

0,882

6

0,621

0,789

8

0,549

0,715

10

0,497

0,658

14

0,426

0,574

18

0,378

0,516

22

0,344

0,472

26

0,317

0,437

30

0,296

0,409

35

0,275

0,381

40

0,257

0,358

50

0,231

0,322

60

0,211

0,295

70

0,195

0,274

80

0,183

0,257

90

0,173

0,242

100

0,164

0,230

200

0,116

0,164


назад

Приложение 11

2. Основы теории подобия

2.1. Подобие физических явлений и его признаки

Теория подобия рассматривает аналогии в моделировании и определяет методику применения этих аналогий в научном и практическом исследовании. Изучение свойств подобных явлений и методы установления подобия составляют содержание теории подобия физических явлений. Каждому изменению состояния системы, происходящему во времени и пространстве, отвечает ряд процессов или один процесс. При протекании процесса меняются значения переменных, характеризующих состояние системы. Система, в которой происходят процессы, состоит из элементов. Их физические характеристики определяют параметры системы. Для описания процессов необходимо ввести систему координат, в которой записывается математическое уравнение, связывающее между собой переменные и параметры системы. Явления будут подобны друг другу, если существует полное соответствие всех геометрических размеров рассматриваемых систем и всех изменяющихся во времени и пространстве переменных.

Геометрическое соответствие материальных систем означает, что все пространственные координаты одной системы пропорциональны пространственным координатам второй системы. Математически это условие в декартовых координатах записывается следующим образом:

Index.html

где xi, yi, zi, Xi, Yi, Zi - координаты сходственных точек рассматриваемых систем; mx my mz - коэффициенты подобия или масштабы.

Рис 2.1. Пример Аффинного подобия.

Index2.html

При неравенстве масштабов по координатным осям, т.е. если , mx my mz осуществляется так называемое аффинное подобие. Пример аффинного подобия приведен на рис. 2.1. Частным случаем аффинного подобия является геометрическое подобие, при котором масштабы по осям равны. Пример геометрического подобия приведен на рис. 2.2.

Рис 2.2. Пример геометрического подобия.