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《生態(tài)平衡建模實驗_中國科學技術(shù)大學潘曉磊.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、系統(tǒng)仿真與建模分析實驗報告實驗一生態(tài)平衡建模實驗系統(tǒng)描述：在一個封閉的海島上，設有兩個群體：1.狐貍(FOXES);2.嚙齒動物（RODENTS）情況是：1）狐貍出生后，需要八個月成長為成年狐貍，幼年狐貍每只(每月)要吃10只嚙齒動物，若沒有吃的就餓死，幼年狐貍的出生率為4，成年狐貍死亡因素有兩個，一是每只狐貍每月要吃60只嚙齒動物，若沒有吃的就要餓死，二是從仿真時間算起，十年之后，每月要被獵人打死4只。2）嚙齒動物RODY出生后，三個月即可長成為成年嚙齒動物，嚙齒動物的出生率為0.8，如果幼年嚙齒動物的父母死亡，則以短缺扶養(yǎng)和保護而死亡。成年嚙齒動物每月的死亡率有兩個原因決定：一個
2、是被狐貍吃掉，一個原因是總數(shù)超過(十萬)只，則以水草不足而餓死。一、實驗目的通過此實驗了解系統(tǒng)動力學的仿真方法，學會用所學的建模理論來對實際問題進行建模，并對實際問題進行分析。對此生態(tài)平衡系統(tǒng)進行仿真實驗，改變不同的控制參數(shù)，分析實驗的結(jié)果，得出系統(tǒng)保持生態(tài)平衡的條件，為決策者決策提供理論分析基礎。二．實驗原理系統(tǒng)動力學(SystemDynamics)是美國麻省理工學院J.W福雷斯特(JayWForrester)教授創(chuàng)立的一門新興學科。它按照自身獨特的方法論建立系統(tǒng)的動態(tài)模型，并借助于計算機進行仿真，以處理行為隨時間變化的系統(tǒng)的問題。系統(tǒng)動力學首先強調(diào)系統(tǒng)性的觀點，以及聯(lián)系、發(fā)展、運
3、動的觀點，是研究復雜系統(tǒng)，諸如:社會、經(jīng)濟、環(huán)境、人口、生態(tài)平衡、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等的有效工具。系統(tǒng)動力學的研究對象主要是社會經(jīng)濟系統(tǒng)。社會經(jīng)濟系統(tǒng)的范圍十分廣泛，凡是涉及到人類的社會活動和經(jīng)濟活動的系統(tǒng)都屬于社會系統(tǒng)。諸如本文要研究的人口系統(tǒng)、資源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、科技系統(tǒng)、能源系統(tǒng)，都屬于社會經(jīng)濟系統(tǒng)。系統(tǒng)動力學的基礎是通過實驗方法認識系統(tǒng)的行為，為管理決策者提供決策的依據(jù)。系統(tǒng)動力學仿真的基本步驟是：（1）明確建模目的一般來說，系統(tǒng)動力學對社會系統(tǒng)進行仿真實驗的主要目的是認識和預測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設計最佳參數(shù)，為制定合理的政策提供依據(jù)。這一步的工作包括觀察系統(tǒng)、專家咨詢、收集數(shù)據(jù)資
4、料等，在涉及具體對象系統(tǒng)時，應根據(jù)其要求，仿真目的有所側(cè)重。（2）確定系統(tǒng)邊界系統(tǒng)動力學是將研究對象視為一個系統(tǒng)來處理的。系統(tǒng)是一個相對的概念，相對于所研究問題的實質(zhì)和建模的目的而言。一旦所要研究的問題的實質(zhì)和建模的目的已經(jīng)確定，系統(tǒng)也就確定了，其邊界應該是清晰的和唯一的。確定了系統(tǒng)邊界之后，才能確定系統(tǒng)的內(nèi)生變量和外生變量。內(nèi)生變量是由系統(tǒng)內(nèi)部反饋結(jié)構(gòu)決定的變量，外生變量是由影響環(huán)境因素確定的變量。系統(tǒng)動力學認為系統(tǒng)的行為是基于系統(tǒng)內(nèi)部的種種因素而產(chǎn)生的，并假定系統(tǒng)的外部因素不給系統(tǒng)的行為以本質(zhì)的影響，也不受系統(tǒng)內(nèi)部因素的控制。（3）因果關(guān)系分析通過因果關(guān)系分析，要明確系統(tǒng)內(nèi)部各要
5、素之間的因果關(guān)系，并用表示因果關(guān)系的反饋回路來描述。系統(tǒng)動力學認為反饋環(huán)是構(gòu)造系統(tǒng)的第一層次，其多少是系統(tǒng)復雜程度的標志。觀察實際系統(tǒng)獲得的信息首先用于這一層次。任意兩個系統(tǒng)要素從因果關(guān)系來看必然是正因果關(guān)系、負因果關(guān)系或無因果關(guān)系。由于決策是在一個或幾個反饋回路中進行，而且由于各種回路的禍合，使系統(tǒng)的行為更加復雜化。(4)建立系統(tǒng)動力學模型進行因果關(guān)系分析屬于系統(tǒng)動力學仿真的定性分析，要對系統(tǒng)進行定量分析還必須借助流圖與構(gòu)造方程式建立系統(tǒng)模型。所謂建模就是要確定各反饋環(huán)中的流位和流率。流位是系統(tǒng)的狀態(tài)變量，它的變化可用來描述系統(tǒng)的動態(tài)特征：而流率是流位的變化速率，它控制著流位，流率
6、變量是一個決策函數(shù)。當確定了流位和流率變化之后，就可以得到流圖與構(gòu)造方程式。(5)運行模型采用系統(tǒng)動力學仿真語言，將上一階段建立的系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)仿真模型，并在計算機上模擬運行，得出結(jié)果。(6)結(jié)果分析通過對結(jié)果的分析，不僅可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)造錯誤和缺陷，而且還可以找出錯誤和缺陷的原因。根據(jù)結(jié)果分析情況，如果需要，就對模型進行修正，然后再做仿真試驗，直至得到滿意的結(jié)果為止。三、理論分析狐貍的數(shù)量在前120個月主要受其出生率和兔子的數(shù)量決定，當兔子數(shù)量足夠時，出生率是影響狐貍數(shù)目的唯一因素，兔子的出生率即時它的純增長率。兔子數(shù)量不足時，兔子的數(shù)量是限制狐貍數(shù)量的主要因素。在本實驗中，簡化
7、了實驗模型，假設當兔子數(shù)量不足狐貍數(shù)量的120倍（參照成年狐貍兩個月的食量）時，狐貍就會出現(xiàn)餓死現(xiàn)象，且死亡的均為成年狐貍，狐貍總數(shù)量保持在兔子數(shù)的1/120倍。120個月后，獵人開始捕殺狐貍，每月捕殺4只。影響兔子數(shù)量的直接因素有兔子出生率、狐貍數(shù)量、水草不足、因父母死亡導致幼兔死亡四個因素影響。其中，出生率對兔子的數(shù)量起積極影響，其他三個因素對兔子的數(shù)量起消極影響。狐貍對兔子數(shù)量的影響分為幼狐對兔子數(shù)量的影響和成年狐貍對兔子數(shù)量的影響。幼狐每月吃10只
