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出版者:

作者:聂庆华、（美）克拉克

出品人:

页数:426

译者:

出版时间:2010-1

价格:35.00元

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isbn号码:9787040279436

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《现代生态学方法论：从数据分析到模型构建》 内容梗概 《现代生态学方法论：从数据分析到模型构建》是一部全面深入探讨生态学研究方法的学术专著。本书旨在为生态学研究者、研究生以及对生态学数据分析和模型构建感兴趣的科学工作者提供一套系统性的理论框架和实践指导。全书以现代生态学面临的挑战为出发点，强调量化研究在理解和解决复杂的生态问题中的关键作用，并重点介绍了当前主流的数据分析技术和模型构建策略。 本书内容涵盖了从基础的数据处理与统计推断，到复杂生态过程的建模与模拟，再到新兴技术在生态学研究中的应用。作者们精心组织了各个章节，力求在理论深度和实践可操作性之间取得平衡，使得读者不仅能够理解方法背后的原理，更能掌握如何在实际研究中运用这些工具。 第一部分：生态学研究的数据基础与统计推断 本部分奠定了本书的理论基础，聚焦于生态学研究所依赖的数据及其科学的统计处理方法。 第一章：生态学数据的采集、管理与质量控制 本章深入探讨了生态学研究中各类数据的特点，包括时空尺度、数据类型（如物种出现/缺失、个体数量、生理指标、环境因子等）以及它们可能存在的偏差。详细阐述了从野外调查、遥生物理探测、实验室测量等不同途径获取数据的最佳实践，并着重强调了建立科学的数据管理流程，包括元数据记录、数据标准化、数据库设计以及防止数据丢失和重复的关键措施。此外，本章还详细介绍了多种数据质量控制技术，如异常值检测、数据清洗、缺失值处理策略，以及如何评估和报告数据的完整性与可靠性，确保后续分析的准确性。 第二章：描述性统计与数据可视化 本章着眼于如何有效地概括和展示生态学数据集的特征。在描述性统计方面，除了经典的均值、中位数、方差、标准差等指标外，重点介绍了针对不同数据类型（如计数数据、比例数据、连续数据）的适宜统计量。在数据可视化方面，本书不仅回顾了散点图、箱线图、直方图等基本图形，更深入介绍了生态学中常用的高级可视化技术，如热图（heatmap）、网络图（network graph）、地理信息系统（GIS）导出的空间分布图、以及用于展示时间序列数据和多变量关系的复杂图形。强调了可视化在探索性数据分析（EDA）、发现数据模式、识别潜在关系以及与同行交流研究成果中的不可或缺的作用。 第三章：参数与非参数统计推断 本章系统梳理了统计推断的核心概念，包括假设检验、置信区间、P值等。详细介绍了线性模型（ANOVA, ANCOVA, Regression）在检验不同组别间差异、探索变量间线性关系中的应用，并深入讨论了模型假设的验证（残差分析、正态性检验、方差齐性检验）及其对推断结果的影响。对于不满足参数检验假设的数据，本章全面介绍了多种非参数统计方法，如Mann-Whitney U检验、Kruskal-Wallis检验、Spearman秩相关等，并指导读者如何根据数据特性选择合适的统计检验。 第四章：多变量数据分析方法 在现代生态学研究中，研究者常常需要处理包含多个变量的数据集。本章聚焦于能同时处理多维数据的分析技术。介绍了主成分分析（PCA）和因子分析（FA）在降维和识别数据潜在结构中的应用；阐述了聚类分析（Clustering Analysis）在识别相似样本或变量群组中的作用，并区分了层级聚类和非层级聚类。此外，本章还详细介绍了判别分析（Discriminant Analysis）在基于一组变量将样本分类到已知组别中的应用，以及典型相关分析（Canonical Correlation Analysis）在探索两个变量集之间关系中的作用。 第二部分：生态过程的建模与模拟 本部分是本书的核心，系统介绍了各种用于刻画和预测生态过程的模型构建方法。 第五章：广义线性模型（GLMs）与混合效应模型（GEMMs） 本章是参数建模的进阶。详细讲解了如何将泊松回归、负二项回归、逻辑回归等广义线性模型应用于处理非正态分布的生态学计数数据、二项数据（如物种出现/缺失）以及比例数据。重点阐述了在生态学研究中，由于重复测量、空间自相关、层级结构等因素导致数据依赖性的存在，以及此时为何需要引入随机效应，从而构建广义线性混合效应模型（GLMMs）。通过具体案例，指导读者如何设定固定效应和随机效应，以及如何解释模型输出，理解变量的主效应和随机效应带来的变异。 第六章：时间序列分析与动态模型 生态系统是动态变化的，时间序列数据在生态学中扮演着至关重要的角色。本章首先介绍了时间序列分解、平稳性检验、自相关与偏自相关分析等基础概念。随后，重点讲解了ARIMA模型及其变种在预测种群数量、环境因子变化等方面的应用。更进一步，本章探讨了状态空间模型（State-Space Models）在刻画隐藏的生态状态变量（如种群实际大小）及其与观测数据之间关系中的强大能力，并介绍如何利用卡尔曼滤波（Kalman Filtering）等技术进行参数估计和状态估计。 第七章：空间统计学方法与地理加权模型 生态过程的空间异质性是普遍存在的，空间统计学为此提供了强大的分析工具。本章回顾了地理空间数据的基本概念，如空间自相关（Moran's I, Geary's C）和空间异质性。详细介绍了克里金插值（Kriging）等空间插值技术，用于估计未知地点的环境因子或物种分布。本章的重点在于地理加权回归（Geographically Weighted Regression, GWR），一种能够捕捉空间非平稳性效应的模型，它允许回归系数随空间位置而变化，极大地提升了空间模型对现实生态过程的拟合度。 第八章：物种分布模型（SDMs） 物种分布模型是当前生态学研究的热点，对于理解物种生态位、预测物种在不同环境下的分布以及评估气候变化等因素的影响至关重要。本章系统介绍了多种SDM算法，包括广义线性模型（如逻辑回归）、广义可加模型（GAMs）、以及基于机器学习的方法，如随机森林（Random Forests）、支持向量机（SVMs）和最大熵模型（MaxEnt）。详细讲解了模型的构建步骤，包括变量选择、模型训练、模型评估（AUC, TSS等指标）以及预测图的生成和解读。 第九章：生态网络分析 生态系统中的物种之间存在复杂的相互作用，如捕食、竞争、共生等，这些相互作用构成了生态网络。本章介绍了网络理论的基本概念，包括节点、边、度、路径、中心性等。详细讲解了如何构建和分析不同类型的生态网络，如食物网、植物-传粉者网络、植物-传播者网络等。重点介绍了网络结构属性的度量（如模块化、连接度、多样性）以及如何利用网络分析来理解生态系统的稳定性和功能。 第十章：群体遗传学模型与适应性景观 本章将研究视角从生态过程转向群体遗传学。介绍了 Hardy-Weinberg 平衡定律、遗传漂变、基因流、自然选择等基本遗传学概念。重点阐述了如何利用模型来模拟基因频率在时间和空间上的变化，以及如何利用适应性景观（Fitness Landscape）的概念来可视化不同基因型或表型的相对适应度，并分析选择压力如何驱动物种的进化。 第三部分：新兴技术与前沿应用 本部分展望了生态学研究的未来方向，介绍了新兴技术在生态学中的应用。 第十一章：宏基因组学与生态信息学 随着高通量测序技术的进步，宏基因组学已成为研究微生物群落多样性、功能和进化关系的重要手段。本章介绍了宏基因组数据的基本原理、数据处理流程（如序列比对、功能注释）以及常用的分析方法（如Alpha和Beta多样性分析、功能通路分析）。同时，强调了生态信息学在整合和分析海量生物学数据中的作用。 第十二章：遥感与地理信息系统（GIS）在生态学中的集成应用 遥感技术提供了大尺度、多时空分辨率的环境信息，GIS则提供了空间数据管理和分析平台。本章详细介绍了如何利用卫星遥感数据（如NDVI、LST、土地覆盖分类）来监测植被动态、地表温度、土地利用变化等关键生态变量。重点阐述了如何将遥感数据导入GIS平台，并结合其他地理空间数据（如地形、土壤类型）进行空间分析，例如栖息地适宜性评价、物种分布的空间建模以及生态足迹分析。 第十三章：机器人与自动化监测技术 本章介绍了无人机（UAVs）、水下机器人、地面移动平台等自动化监测设备在生态学研究中的应用。这些技术能够实现高频次、大范围、甚至在人类难以到达的环境下的数据采集，例如无人机搭载多光谱相机进行植被健康监测，水下机器人进行水生生物群落调查，以及自动化传感器网络实时监测环境因子。 第十四章：大数据与机器学习在生态学研究中的挑战与机遇 面对日益增长的生态学数据集，大数据和机器学习技术提供了新的分析范式。本章探讨了机器学习算法，如神经网络、深度学习等，在处理复杂非线性关系、识别隐藏模式方面的潜力，特别是在物种鉴定、生态过程预测以及生态系统健康评估等领域。同时，也讨论了在生态学应用中，如何解决数据稀疏性、类别不平衡、模型可解释性等挑战。 结论 《现代生态学方法论：从数据分析到模型构建》通过详实的理论阐述和丰富的实例分析，为读者提供了一个全面而深入的生态学研究方法论的指南。本书不仅涵盖了传统且核心的统计分析与模型构建技术，更紧跟时代步伐，介绍了新兴技术在生态学研究中的前沿应用。本书的出版，旨在推动生态学研究的量化和智能化发展，培养具备跨学科视野和强大数据分析能力的新一代生态学研究者，共同应对当前和未来全球生态环境面临的严峻挑战。

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坦白说，我原本对这种偏向应用的书籍抱有一定的怀疑态度，总觉得它可能为了追求“应用性”而牺牲了理论的深度，变成了一本“工具箱操作手册”。然而，这本书完全颠覆了我的固有印象。它在基础理论的讲解上，采取了一种“螺旋上升”的教学策略。一开始的基础概念讲解得非常扎实，逻辑链条严密得像是数学证明，让你不得不佩服作者对统计学原理的深刻理解。但有趣的是，它并没有停留在纸上谈兵。每当理论讲到关键转折点，它立刻会无缝衔接到具体的软件实现步骤上。这种理论与实践的紧密结合，达到了一个非常微妙的平衡点。我尤其欣赏它对“模型假设检验”部分的论述，通常这是最容易让人感到晦涩难懂的地方，但这本书通过一系列富有启发性的问答和反例分析，让读者明白为什么要做这些检验，以及如果假设不成立时该如何进行补救性思考。它教会的不是“如何操作”，而是“如何思考”——即在复杂数据的海洋中，如何用统计学的思维去辨识和构建有意义的模型。这种思维训练的价值，远远超过了简单的软件操作技巧的学习。

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这本书的装帧设计和排版布局着实让人眼前一亮，完全不同于我以往接触到的那些厚重、刻板的统计学教材。封面选用了一种非常沉静的蓝绿色调，搭配着清晰、现代的字体，一眼望去就给人一种专业且易于亲近的感觉。内页纸张的质感也相当不错，没有那种廉价的油墨味，长时间阅读下来眼睛也不容易疲劳。更值得称赞的是，作者在章节的划分和内容的组织上似乎下足了功夫。每一章的开始都有一个清晰的“学习目标”和“现实应用导引”，这让初学者在进入理论迷宫前就能对所学知识的价值有一个宏观的认识。图表的制作质量极高，数据可视化做得非常到位，很多复杂的统计模型图示，通过色彩的巧妙运用和清晰的标注，一下子就变得直观易懂。比如，在介绍回归分析时，书中不仅给出了公式，还配有大量模拟数据的散点图和拟合线，那种图形的视觉冲击力远胜于枯燥的数学表达式。而且，书中的很多示例都非常贴合实际工程或科研领域的案例，这无疑大大增强了阅读的代入感，让人感觉手中的不仅仅是一本理论书，更像是一本解决实际问题的工具手册。细节之处，比如术语的首次出现时都有详细的脚注解释，这些小小的用心，构筑起了极佳的阅读体验。

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在资源配套方面，这本书的诚意是毋庸置疑的。我之前读过的很多教材，光盘或者配套的在线资源总是过时或者根本找不到。但这本书的配套材料组织得非常系统和前沿。它提供了一个结构化的代码库，里面的所有示例文件都按照章节进行了精确的标记和版本管理。更重要的是，这些代码不仅是展示性的，而且经过了精心优化，能够直接用于处理中等规模的数据集而不会出现效率瓶颈。我尤其赞赏它在“数据预处理与清洗”这一环节的投入，这部分内容在很多统计学著作中往往一笔带过，但本书却花了相当大的篇幅，详细讲解了缺失值、异常值和数据转换的各种策略，并配以具体的软件指令进行演示。这体现了作者深知在真实世界的数据分析中，数据准备工作才是耗时最久、决定成败的关键步骤。这种对“泥土工作”的重视，使得这本书的实践指导价值得到了极大的提升，绝非空泛的理论说教。

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如果说这本书有什么可以进一步提升的地方，那可能是在对特定领域应用案例的广度上可以稍微放开一些。虽然它在基础统计和方法论的讲解上无懈可击，覆盖了从描述性统计到高级推断模型的完整光谱，但如果能引入更多元、更具挑战性的跨学科案例，或许能进一步激发读者的兴趣。例如，加入一些在生物信息学或金融时间序列分析中的特有处理技巧，哪怕只是作为一个“高级选读”的附录章节。目前的案例虽然贴切，但总体上还是集中在相对传统和标准的工程科学领域。当然，这可能也是为了保持教材的通用性和核心聚焦的必然选择。总的来说，这本书无疑为我提供了一个坚实而可靠的知识框架，它不仅教会了我“如何使用工具”，更重要的是，它构建了一套严谨的、可迁移的分析思维模式，这对于任何想要深入数据科学领域的人来说，都是一份宝贵的财富。它的价值在于其方法论的普适性和教学设计的精妙性。

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这本书的语言风格出乎意料地具有一种老派的学者的严谨与现代传播学的灵活性相结合的特点。它的行文流畅，即便在处理那些涉及概率分布和假设检验的深奥内容时，也鲜有晦涩难懂的句子。作者似乎非常懂得如何与不同知识背景的读者进行有效沟通。对于统计学基础薄弱的人来说，书中对核心概念的定义清晰而又不失精确性，避免了过度口语化带来的歧义。而对于那些有一定基础的读者，书中又穿插了一些对最新研究方法的引用和点评，显示出作者对该领域前沿动态的把握。我注意到，在阐释一些复杂算法时，作者并没有直接堆砌大量难以理解的数学推导，而是侧重于解释其背后的直觉逻辑和计算效率的权衡。这种“去数学化”的叙事倾向，使得阅读过程更加轻松愉快，仿佛是一位经验丰富的导师在耳边耐心讲解，而不是一本冷冰冰的教科书在宣讲教条。这种娓娓道来的叙事节奏，极大地降低了学习的心理门槛。

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