復雜生態(tài)系統(tǒng)的分形及動力學特性.pdf

1、生態(tài)系統(tǒng)是遠離平衡的復雜非線性系統(tǒng)，其非線性、復雜性來自組織內部的眾多組元的相互作用。組元多元化和影響因素多樣化使其具有混沌特性，也即對初始條件的敏感性和分形。但是，看似雜亂無章的系統(tǒng)背后仍然有章可循。經過研究，生態(tài)學家發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)具有層次性、異質性等特點。雖然研究人員早就發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)具有這些特性，但是針對它的研究多停留在唯象的表面，缺少深層次的數(shù)學物理理論基礎。對生態(tài)復雜性的微分方程的分析又很困難，不容易得到解，當前的研究基本上局限于

2、數(shù)學領域而非生態(tài)范疇。本論文主要針對這些缺陷展開分析。 首先從生態(tài)系統(tǒng)中普遍出現(xiàn)的優(yōu)化現(xiàn)象進行理論探索和分析。以一個遠離平衡的復雜系統(tǒng)總是努力尋找一種優(yōu)化過程使得系統(tǒng)在給定的約束或代價下所獲得的廣義流最大為思想基礎，從微觀動力學角度探討了宏觀生態(tài)系統(tǒng)的分形層次結構形成過程的動力學機理，并和人工神經網絡結合，著手分析生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)吸收流而分形長大的模式，并通過宏觀參量對系統(tǒng)模式進行模擬。 然后對系統(tǒng)的分形維數(shù)和邊界流

3、進行了分析，指出層次形態(tài)不同的系統(tǒng)其分形維數(shù)和影響參數(shù)、邊界流均有所不同，這為景觀生態(tài)系統(tǒng)的評價開辟了新的思路，奠定了一定的理論基礎。之后又對生態(tài)系統(tǒng)的模式進行了分析，認為在某種程度上，模式的穩(wěn)定正意味著其中存在一個混沌吸引子的作用。本文還使用MATLAB的人工神經網絡軟件進行模擬，得出了系統(tǒng)的各種模式競爭并逐漸穩(wěn)定于一個狀態(tài)的過程。探索生態(tài)系統(tǒng)的宏觀參量與景觀模式之間的緊密聯(lián)系，指出不同的宏觀參量組對應的ζ值和景觀模式的不同。這為生態(tài)