数学建模模型10——种群增长

单个种群——无约束增长

种群增长数目 bpnbp_{n} 应该和本年已有种群数目 bnb_n 相关,另外种群死亡数目dpndp_{n} 应该和本年已有种群数目 bnb_n 相关,既有:
dpdt=pn+1pn=bpndpn=kpn \frac{dp}{dt}=p_{n+1}-p_n=bp_n-dp_n=kp_n其中k=b-d为种群增长率

单个种群——约束增长

由于环境能够提供能量有限,设MM为环境容纳量,超过环境容纳量时,增长率应为负数,接近环境容纳量时,增长率应应减慢,即:
dpdt=pn+1pn=kpn(1pnM) \frac{dp}{dt}=p_{n+1}-p_n=kp_n(1-\frac{p_n}{M})
其中k表示正常数,不代表种群增长率(每年都在变化)

两个种群——竞争关系

两个种群在没有对方是可以无竞争生长,即
dcdt=cn+1cn=k1cn(1cnm1) \frac{dc}{dt}=c_{n+1}-c_n=k_1c_n(1-\frac{c_n}{m_1}) dpdt=pn+1pn=k2pn(1pnm2) \frac{dp}{dt}=p_{n+1}-p_n=k_2p_n(1-\frac{p_n}{m_2})
其中k1,k2k_1,k_2表示另一个种群不存在时的种群增长率,m1,m2m_1,m_2表示两个种群各自对应的环境容纳量,对两个种群而言另一个种群的出现都降低了自己种群的增长率,则可以如下表示:
dcdt=cn+1cn=k1cn(1cnm1r1pnm2) \frac{dc}{dt}=c_{n+1}-c_n=k_1c_n(1-\frac{c_n}{m_1}-r_1\frac{p_n}{m_2}) dpdt=pn+1pn=k2pn(1pnm2r2cnm1) \frac{dp}{dt}=p_{n+1}-p_n=k_2p_n(1-\frac{p_n}{m_2}-r_2\frac{c_n}{m_1})其中r1r_1表示对于供养甲的资源来说,单位数量的乙的消耗为单位数量的甲消耗的r1r_1倍,r2r_2同理。

举例

当种群固有增长率为k1=1,k2=1;环境容纳量为n1=100,n2=200;r1=2,r2=0.5时,两种群数量关于时间曲线如图1,相轨线如图2

数学建模模型10——种群增长
数学建模模型10——种群增长

两个种群——捕食关系

假设对于捕食者而言被捕食者为其单一食物来源,则在不存在被捕食者时,捕食者种群将以kpn-kp_n 的增长率减少至零,而由于被捕食者的存在将提高增长率,既有:
Δcn=cn+1cn=(k1cn+k3pn)cn \Delta c_n=c_{n+1}-c_n=(-k_1c_n+k_3p_n)c_nΔpn=pn+1pn=(k2pnk4cn)pn \Delta p_n=p_{n+1}-p_n=(k_2p_n-k_4c_n)p_n
Tips:没修改捕食模型 感觉不怎么用得到