Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка алгоритма и программного обеспечения, строящего мультифрактальные спектры по выборке из экологических сообществ

ФИО: Полуэктова Н. В.

Направление: Информационные технологии

Научный руководитель: к.ф.-м.н., доц. Шихеева В.В.

Институт: Институт информационных технологий и автоматизированных систем управления

Кафедра: Кафедра Инженерной кибернетики

Академическая группа: ММ-12-1

Важнейшими характеристиками экосистем являются пространственная и видовая структуры сообществ. Проблема их описания возникает при изучении взаимодействий особей друг с другом или окружающей средой. Интенсивность и направленность взаимодействий зависят от расстояния между особями, от разнообразия видов, составляющих сообщество, поэтому данные о закономерностях их размещений содержат информацию о процессах, протекающих в экосистемах.

В данной работе предлагается применить фрактальный анализ к исследованию закономерностей распределения видов. Представление биологических сообществ в виде фрактальных объектов является новым подходом в исследовании пространственной и видовой структуры, который наиболее полно объясняет существующие эмпирические факты. Также данные выборок указывают на то, что биологические сообщества ведут себя как мультифракталы. Поэтому в рамках данной работы будет разработан алгоритм и программное обеспечение для построения мультифрактального спектра по выборкам из экологических сообществ.

Построение мультифрактального спектра разбивается на несколько этапов:

1) Проверка монофрактальной гипотезы Маргалефа.

2) Расчет моментов распределений особей по видам и выяснение характера их поведения при увеличении размера выборки.

3) Определение скейлинговых показателей, полученных на основании графиков моментов распределений особей от масштаба.

4) Получение мультифрактального спектра при помощи преобразования Лежандра.

Каждый этап сопровождается построением графиков и расчетом промежуточных показателей, выявляются зависимости и проверяются гипотезы. Построение мультифрактального спектра позволяет не только описать разнообразие в отдельных группах видов, но и получить множество различных индексов разнообразия, характеризующих сообщество в целом.

На данном этапе мною была изучена предметная область, были проанализированы другие методы исследования биологических сообществ, которые не описывают в полной мере структуру сообществ, лишь некоторые аспекты. В дальнейшем предполагается построить программное обеспечение, вычисляющее мультифрактальный спектр выборки, провести тестирование реальных выборок и проверить адекватность мультифрактальной модели.