首頁 數學建模

.10弱肉強食模型

1. 問題的提出

在自然界中,像生活在草原上的狼和羊,種群之間捕食與被捕食的關係普遍存在.兩個弱肉強食的種群,其發展和演進又會遵循一些什麽樣的規律呢?

2. 模型假設

以x1(t)、x2(t)表示處於弱肉強食關係中甲、乙二種群在時刻t的數量,

(1) 甲種群隻以乙種群為食物資源,a1,b1為兩個折算因子,分別表示一個單位數量的甲物種維持其正常生存需占用的資源量、一個單位數量的乙物種為甲種群提供的資源量;甲種群數量的增長率x′1(t)與該種群數量x1(t)成正比,同時也與有閑資源s1(t)成正比.r1表示甲種群的固有增長率;

(2) 乙種群可以獨立存在,而可被其直接利用的自然資源有限,設總量為“1”,a2表示一個單位數量的乙物種維持其正常生存需占用的資源量,N2=1/a2表示乙種群在單種群情況下自然資源所能承受的最大種群數量.乙種群數量的增長率x2′(t)可以分解為兩部分考慮:其一,不考慮甲種群的影響,乙種群自由發展,其增長率與該種群數量x2(t)成正比,同時也與有閑資源s2(t)成正比,r2表示甲種群的固有增長率;其二,由於被甲種群捕食造成乙種群增長的負麵影響,稱這一部分為被捕殺率,它與甲乙兩個種群的數量均正相關,這裏簡單地設為服從正比例關係,比例係數取為r2·b2.

3. 模型建立

根據模型假設,可得如下數學模型:

x′1=r1x1s1

x′2=r2·x2·s2-r2b2·x1·x2

s1=-a1x1+b1x2

s2=1-a2x2

經化簡,得:

x′1=r1·x1·(-a1·x1+b1·x2)

x′2=r2·x2·(1-b2·x1-a2·x2)

4. 模型求解

與前麵兩節一樣,令模型方程的右端項:

r1·x1·(-a1·x1+b1·x2)=0

r2·x2·(1-b2·x1-a2·x2)=0,

解之,得該模型的三個平衡點:

P1(0,0)、P2(0,N2=1/a2)、P3b1a1a2+b1b2,a1a1a2+b1b2.