野兔生长问题-数学建模论文

PAGEPAGE13数学建模一周论文论文题目：野兔生长问题20XX年10月24日

摘要假设野兔生长的条件是在无外界干扰的完美条件下（即不考虑外界因素对野兔繁殖的影响），该种群的成长曲线应该为对数型增长。但依题意可知，野兔增长先是成对数增长后来趋于平缓，变化幅度不断降低，这说明野兔生长并不是处于理想的情况下的，考虑到自然的各种原因，诸如，环境条件因为兔群激增而变得恶劣，天气的变化，天敌的增多等等。对于这种种群生态学问题，我们可以用Logistic（逻辑斯蒂方程）模型来模拟。Logistic模型是种群生态学的核心理论之一，它可以很好的表示生物种群的生长规律，动态的表示生物种群的增减情况，例如兔子。由于野兔生长问题相对简单，其涉及的内容和有求也相对较少，并且该问题概过了种群在生态中生长问题。根据逻辑斯蒂方程，以及建立一只双曲线右支可以预测出在T=10时，野兔数量为10.8156十万只。在此，我们结合过去九年野兔数量的历史数据，建立了逻辑斯谛增长模型，得到野兔的生长规律如下：野兔初始于该地方生存时，野兔的生长繁殖有充分的保障，数量增多。随着野兔的不断繁殖，其有限生存空间日趋减小，其数量趋向于某一极值。而当野兔数量超过环境容纳量时,野兔种群的增长受到抑制，数量下降。当野兔种群数量降低到环境容纳量以下时,野兔种群的出生率上升，死亡率下降，自然资源与食物资源较为充裕，种内与种间竞争有所缓解，从而野兔种群增长加快。通过建立Logistic模型，我们小组得出当T=10时，野兔数量为10.8156（十万）只左右。该结果比较符合客观规律。利用Logistic模型可以表征种群的数量动态；如昆虫类种群的增长，收获与时间关系的确定。描述某一研究对象的增长过程如生态旅游区环境容量的确定，森林资源的管理以及耐用消费品社会拥有量的预测、国民生产总值的预测等；也可作为其它复杂模型的理论基础如Lotka-Volterra两种群竞争模型；以上的大多数的工作都是拿逻辑斯蒂模型来用，但也由此可看出逻辑斯蒂方程不管在自然科学领域还是在社会科学中都具有非常广泛的用途。关键字:分析数据异常现象预测数量逻辑斯蒂方程模型问题重述野兔生长问题：在某地区野兔的数量在连续十年的统计数量(单位十万)如下：T=0T=1T=2T=3T=4T=5T=6T=7T=8T=912.319694.508536.905686.005125.564955.328077.561018.93929.5817分析该数据，得出野兔的生长规律。并指出在哪些年内野兔的增长有异常现象，预测T=10时野兔的数量。首先，野兔是生长在自然环境中的。自然很复杂，存在着许多影响种群发展的因素。我们知道，假如给野兔一个理想的环境，野兔数量是呈对数增长的。现实情况中，种群一般是呈S型增长的，从题中表格看出，野兔的数量并不是单一地增长，T=1,2.31969；T=3，6.90568；T=4，6.00512；T=5，5.56495，呈类J型增长，说明兔子数量不多受内外因素的因数影响不明显。第四年到第七年，这三年野兔的数量不增反降呈类S型增长，说明其间有影响野兔生长的因素存在。我们探讨了其中的因素：（1），兔子的内部矛盾，兔子之间因为食物的减少而引发争斗等。（2），自然环境的恶化，比如说兔子的激增使粪便数量大大增加是环境变得恶劣，不在适合兔子的生存；再如气候反常，使野兔的产卵，交配受影响。（3），天敌的捕食，狼，狐狸等天敌大量地捕食使野兔生存受到威胁。（4），疾病的侵扰，野兔种群中，蔓延并流行疾病，必然使野兔存活率下降。。（5），人类的影响，城市扩建，使其栖息地面积减少；捕杀。考虑到上述因素，野兔的生长就不能完全用一个Logistic模型来模拟模型假设因为所学知识有限，所以我们做出以下假设以方便猜想：（1）,假设它使处于自然的情况（没有人的作用）,人类活动对其生存不产生影响。（2），假设各个环境因素对野兔生长的影响是互不影响的。兔子种族内部生存空间足够多，不存在对生存空间需求问题。（3），假设兔子的内部因素对其生存率的影响不大。（4），假设野兔在各年龄段中的分布率不变，即年龄结构不变，并采用各种措施维持这一结构；（5）假设野兔性别比接近1：1，且采用措施维持这个比列。（6）假设母兔可以怀孕的年龄为1到6岁，最高年龄为10岁，10岁的死亡率为100%，并且6到10岁的野兔个数成线性递减趋势。在以上条件成立的前提下，用Logistic模型来模拟野兔的增长情况。建立模型对于生物模型，首先考虑的是logistic模型，考虑到logistic模型的增长曲线是单调的，而题目所给的数据中有一段是下降的，这是反常的情况，而正常情况应当是单调上升的。考虑到可能在这段时间内有使野兔减少的因素。不能在整个时间段进行拟合，我们应当在每个单调区间上进行拟合。第一单调增区间T=0T=1T=2T=312.319694.508536.90568第一单调减区间T=3T=4T=5T=66.905686.005125.564955.32807第二单调增区间T=6T=7T=8T=95.328077.561018.93929.5817我们把野兔生长情况分成了上表三个区间，建立野兔生长的logistic模型。我们先假设在一个小的单位时间间隔内新出生的兔子百分比为b，类似的兔子死亡率的百分比为c。换句话，新的兔子数P(t+Δt)是原有兔子数P(t)加上在Δt时间内新增兔子数减去死亡兔子数，即P(t+Δt)=P(t)+bP(t)Δt-cP(t)Δt这样我们把问题化归到如何确定k。一旦k被确定，通过已知数据，我们解这个微分方程，就可以得到一个野兔数量随时间变化的函数了rM(ttrM(tt)MpperM(tt)pMeP(t)这个模型就成为logistic模型。模型求解对于logistic连续模型，设微分方程为，,（1）其中参数a，b需要通过拟合得到。的解为.（2）设已知连续三年的数据，其中，则由（2）得方程组(3)这三个方程中有三个未知量可以解出a,b如下:将（3）中第一式代入第二、三式消去x0，得(4)消去a后得b满足的方程(5)解得.(6)代入(4)的第一式得a满足的方程(3)求参数a,b的MATLAB程序function[a,b,q]=hare(p,T)%输入单调的连续三年数量p和时间间隔T(本题T=1),输出参数a,b和下一年的数量qa=log(p(3)*(p(2)-p(1))/(p(1)*(p(3)-p(2))));b=(p(2)^2-p(3)*p(1))/(p(3)*p(2)+p(1)*p(2)-2*p(1)*p(3))/p(2);q=1/(b+(1/p(3)-b))*exp(-a*T)）;在第一个上升阶段,对于连续三年（0，1，2）和（1，2，3）分别计算得到二组a，b值0.999996295432800.099998990654181.000001896730560.10000006995945在下降阶段，对于连续三年（3，4，5）和（4，5，6）分别计算得到的二组a，b值0.499999514703010.202100053216010.499983964746560.20210085565547在第二个上升阶段，对于连续三年（6，7，8）和（7，8，9）分别计算得到的二组a，b值1.000005087174110.100000057968451.000009756401800.10000014562299当取a,b为最后一组数据时，T=10时由(2)得到预测数为10.1（十万）,当取a=1，b=0.1时，预测数为10.1（十万）.（M为兔子饱和值）结论是：在T=0到T=3之间增长规律为logistic模型：.在T=3到T=6之间增长规律有异常情况,但仍为logistic模型；：.在T=6到T=9之间增长规律恢复为logistic模型：.在T=10时,在正常情况下,野兔数量为10.8156（十万）只.模型的误差分析这里我们需要讨论几个造成模型误差的问题，它们都很有实际意义。一个是模型对初值的依赖性问题，另一个是模型对参数选取的依赖性问题。模型的优缺点模型的评价与推广模型评价一开始我们根据生物学的知识，对种群数量的饱和值取了一个估计值，而事实上，我们在估计了M=10左右的几个值后，又分析了不同的M值对模型解的影响，从而得出我们对M值的估计具有一定的现实性和真实性。在考虑初值误差对模型解影响过程中，我们采用常微分知识，考虑解对初值的依赖性和解对参数的依赖性，这种思路对于实际研究具有极其重大的现实意义。该模型的使用范围是：在一定的空间区域内，不考虑环境的重大变化对生物种群的影响，而是按照该区域的一般自然规律。同样，这也是本模型的不足之处，因为现实中，我们研究的生物种群可能对环境的依赖性很强，那么环境的影响就是一个重要的因素，但是我们也意识到要用一个很具体的模型，该模型考虑现实中的每一个因素，并且表示这些因素的表达式又是简单的数学式，要找这样的模型是很困难的，而我们采用的模型在绝大部分同类问题中所体现的优越性是易见的，并且我们在以上的分析中也给出了相对较好的模型。模型的推广这个模型是针对一定空间区域内，在一般规律下，对生物种群数量随时间的变化范围作出的估计。这种估计对于研究某一区域内的种群有直接的好处，也利于人类研究人类自身。对于一定区域内的生物种群，如果考虑种群生存环境的一般现象，我们可以从事实上看到我们应用的模型对于该类问题的解决有重大的预见效果。现在，在关于生物种群数量的研究中，有很多种方法，而logistic模型对于这类与现实搭配的事实更趋于成功。由以上的分析，我们看到了该模型对于相对较小误差的测量，是可以得到相当准确的预测值的。于是，我们认为，在环境不发生重大改变的情况下，研究生物种群数量与时间的关系就可以采用我们在解决本问题时的解法参考资料：[1]FrankR.Giordano,MauriceD.Weir,WilliamP.Fox,AFirstCourseinMathematicalModeling,(ThirdEdition),北京：机械工业出版社，2021.1[2]郑阿奇等，MATLAB实用教程，北京：电子工业出版社，2021.5[3]洪伟，吴承祯等，对种群增长模型的改进，应用与环境生物学报，2021.10

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的一种责任。这种责任是我学会客服自己的惰性，准时走上自己的岗位。这对我以后的学习生活也是一种鞭策，时刻牢记自己的责任，并努力加强自己的时间观念。其次让我真实的体会到了合作的重要性。虽然我工作的只是小小的一家餐厅，但是从点单到制作到递送到结帐这一环环的工作都是有分工的，只有这样才能使整家店的工作效率都大大的提高。以前虽然在书上看见过很多的团队合作的例子，但这一次是深刻的体会到了，正所谓“众人拾柴火焰高”，“团结就是力量”。在以后的学习和工作中，一定会要牢记这一点，将自己融入到集体中，和大家一起携手走向辉煌。再次，这次打工的经历也让我的心理更加