數學模型在生態學的應用及研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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頁數:327

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出版時間:2010-5

價格:60.00元

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isbn號碼:9787502777197

叢書系列:

圖書標籤:

• 數學模型
• 生態學
• 應用研究
• 生態建模
• 數理生態學
• 生物數學
• 模型分析
• 生態係統
• 理論生態學
• 交叉學科

深入探索生命世界的數字脈絡：非《數學模型在生態學的應用及研究》的生態學專題圖書簡介 書名： 生命的數字羅盤：復雜係統理論視閾下的生態動態模擬與預測 副標題： 跨學科視角下的種群遺傳、群落演替與生物多樣性維持機製 --- 導言：超越傳統觀察，擁抱數據驅動的生態未來 傳統的生態學研究往往依賴於田野調查、長期觀測和實驗操作，這些方法為我們構建瞭堅實的知識基礎。然而，麵對全球變化、快速的物種入侵與棲息地破碎化等前所未有的挑戰，我們亟需更具前瞻性、更精細化的工具來理解和預測生態係統的復雜行為。 本書《生命的數字羅盤》正是在這一背景下誕生的。它並非側重於構建特定的數學方程或進行參數擬閤，而是聚焦於復雜係統理論（Complexity Theory）和信息論在解析生態現象中的應用。我們旨在引導讀者從一個全新的、更宏觀和動態的視角，審視生命係統內部的湧現性、自組織能力和韌性（Resilience）。本書深入探討瞭如何利用非綫性動力學、網絡科學和信息流分析等尖端方法，來解碼生態係統深層次的運行規律，從而實現更有效的保護與管理策略。 --- 第一部分：生態係統的復雜性本質與理論基石 本部分奠定瞭理解復雜生態係統的理論框架，它迴避瞭傳統微分方程模型的細節，轉而關注係統行為的宏觀特徵。 第一章：從綫性到湧現：生態係統的非傳統視角 本章首先批判性地迴顧瞭早期生態學研究中對平衡態的過度依賴。我們引入瞭自組織臨界性（Self-Organized Criticality, SOC）的概念，解釋瞭森林火災、物種爆發等生態事件的冪律分布特性，指齣這些“突變”並非外部擾動所緻，而是係統內部壓力纍積的必然結果。重點探討瞭耗散結構理論在理解非平衡態下的生態穩定性中的作用。 第二章：信息、熵與生態係統的結構組織 這裏我們引入瞭信息論工具。我們不再簡單地計數物種數量，而是關注物種間的相互依賴性和信息傳遞效率。章節詳細闡述瞭共同信息（Mutual Information）如何量化物種關聯強度，以及有效信息熵（Effective Complexity）如何衡量一個生態群落的結構組織程度，即“有效信息”而非隨機性占據主導的程度。通過計算生態網絡中的信息瓶頸（Information Bottleneck），我們可以識彆齣對係統整體信息流起到關鍵調控作用的“信息樞紐”物種。 第三章：基於代理的建模（Agent-Based Modeling, ABM）的敘事轉嚮 ABM被視為復雜係統研究的重要實踐工具。本章不討論如何求解特定方程，而是著重於規則設計和模型校準哲學。我們展示瞭如何通過設計簡單的個體行為規則（例如，覓食偏好、繁殖競爭、對局部環境的感知閾值），來湧現齣宏觀的、難以用簡單函數描述的種群動態（如周期性振蕩、混沌行為）。案例聚焦於ABM在模擬城市生態學中人類行為與生物擴散相互作用上的獨特優勢。 --- 第二部分：群落與景觀的尺度依賴性研究 本部分將理論框架應用於具體的生態學尺度問題，側重於空間結構和動態演化。 第四章：生態網絡拓撲分析與物種相互作用的韌性 生態係統本質上是一個龐大的相互作用網絡。本章采用網絡科學方法，如度分布、聚類係數和介數中心性，來刻畫食物網、共生網絡和競爭網絡。核心議題是：網絡的拓撲結構如何決定係統在遭受物種滅絕或入侵時的衝擊韌性？ 我們詳細分析瞭“無標度網絡”（Scale-Free Networks）在生態係統中的錶現，並探討瞭模塊化結構在維持局部功能穩定性中的關鍵作用。 第五章：景觀生態學中的多尺度模式識彆 傳統的景觀指標往往是靜態的。本章引入瞭多尺度方差分析（ANOVA）和小波分析來處理空間自相關性。我們關注的不是簡單的斑塊麵積，而是空間異質性在不同尺度上的信息密度。例如，如何通過分析不同尺度的景觀異質性指數（如弗雷指數的尺度依賴性），來識彆對特定物種擴散最敏感的“臨界尺度”。 第六章：種群遺傳結構的時空動力學 本章超越瞭傳統的Hardy-Weinberg平衡假設，聚焦於空間結構對基因流和遺傳漂變的影響。我們探討瞭如何利用元種群（Metapopulation）理論的拓撲視角，結閤擴散方程的啓發式概念（而非精確求解），來評估隔離與連通性對遺傳多樣性維持的閾值效應。重點在於識彆哪些特定的景觀結構（如廊道寬度、距離衰減率）能夠最大化或最小化遺傳分化。 --- 第三部分：應對環境變化的預測與決策支持 本部分強調如何將復雜係統的洞察轉化為實際的生態管理工具，關注的是預測的不確定性和決策的魯棒性。 第七章：臨界點、突變與早期預警信號的提取 生態係統往往在接近崩潰前會錶現齣可觀測的“波動性增加”和“自相關性增強”——即臨界轉變的早期預警信號（EWS）。本章教授如何通過時間序列數據（而非復雜模型輸齣），利用統計指標（如下降趨勢、方差增大）來識彆這些信號。核心討論集中在如何區分係統隻是在正常波動，還是已經處於嚮新的穩定態或崩潰態轉變的臨界狀態。 第八章：管理決策的魯棒性與不確定性框架 麵對未來環境的不可預測性，最好的管理方案不是“最準確的預測”，而是“最魯棒的決策”。本章探討瞭決策樹分析和情景規劃在生態保護中的應用，它們基於對係統可能行為範圍的理解，而非單一預測值。我們強調瞭在管理實踐中如何通過主動乾預（如設置緩衝帶、引入關鍵物種）來調節係統的“可塑性”（Plasticity），以避免進入不可逆轉的退化狀態。 第九章：結論：整閤生態學、信息論與復雜係統科學的未來路徑 本章總結瞭本書提齣的核心觀點：理解生態係統的關鍵在於識彆其信息結構和動力學行為的湧現性，而非完全解析其所有組成部分的相互作用。它呼籲研究人員培養一種“係統思維”，將數據分析、理論洞察和現場經驗有機結閤，以應對21世紀更復雜的生態挑戰。 --- 讀者對象： 本書適閤對傳統生態學建模方法有一定基礎，並渴望探索前沿跨學科理論的研究生、生態學傢、環境工程師、以及專注於復雜係統、網絡科學、生物信息學的研究人員。它提供瞭理解生命世界深層組織原則的全新工具箱。

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