具有尺度结构的生物种群音争系统的行为分析和最优控制
种群模型论文 尺度结构论文 适定性论文 稳定性论文 最优控制论文 切锥论文 法锥论文 Dubovit
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维护生态平衡、保护生物多样性以及合理利用可再生生物资源,需要深入研究生物种群的演变规律。为此,国内外学者们建立了许多数学模型,其中绝大多数模型不考虑种群个体的尺度结构。所谓尺度是指描述种群个体特征的某个连续变量,如体积、长度、直径、成熟度或其它生理或统计等性质。对多数种群而言(如森林、江河海洋鱼类等),个体的尺度指标对其生存、繁殖能力有决定性影响,也决定了个体对人类的商业价值。此外,某些尺度指标(如长度、直径等),为人类在开发该种群资源时提供了实际可行的数量参数。例如,根据希望捕捞的鱼的最小直径,可以精确设计渔网网眼。目前,考虑尺度结构的种群模型的重要性已引起关注。本文考虑具有尺度结构的两竞争种群动力系统,研究其动力学性态(如解的存在性,唯一性,非负性,有界性,稳定性,解对控制函数的连续依赖性等)和控制问题(最优收获策略)。综合应用(线性和非线性)泛函分析(如不动点原理,Mazur定理,切锥法锥等)、微分方程、现代优化理论等工具,得到一些理论成果,为模型的实际应用提供了必需的科学理论依据。本文的主要工作如下:第二章建立并分析了一个带有尺度结构两个竞争物种的系统模型。第一节以偏微分-积分方程组形式建立了一个非线性模型,第二节证明了线性比较原理,为后续研究打下基础。第三节证明模型的适定性(解的存在唯一性、非负有界性、解对控制变量的连续依赖性)。第三章讨论了系统的平衡态的存在性和稳定性。第一节给出了几种平衡解及它们存在的条件,第二节分析了平衡解的稳定性。第三节举例并用数值模拟的方式直观展示了稳定性结果。第四章研究具有尺度结构竞争种群模型的最优收获策略。第一节主要处理最优利益问题:首先给出基本模型及模型参数的相关假设;然后借助Mazur定理,证明了最优控制的存在性;最后应用切锥法锥技巧,给出了最优控制满足的必要条件。第二节则在生态平衡的前提下讨论了一个最优收获问题:先给出基本模型及相关假设,再利用Dubovitskii Milyutin定理给出了最优性条件。
摘要 | 第5-6页 |
ABSTRACT | 第6-7页 |
第一章 绪论 | 第9-19页 |
1.1 种群动力学与控制问题的研究概况 | 第9-14页 |
1.1.1 概述 | 第9页 |
1.1.2 年龄结构种群模型 | 第9-12页 |
1.1.3 尺度结构种群模型 | 第12-14页 |
1.2 本文的主要工作 | 第14-15页 |
1.3 预备知识 | 第15-19页 |
1.3.1 切锥与法锥 | 第15-16页 |
1.3.2 Gronwall 不等式 | 第16页 |
1.3.3 Banach 不动点定理 | 第16页 |
1.3.4 Dubovitskii-Milyutin 定理 | 第16-18页 |
1.3.5 Mazur 定理 | 第18-19页 |
第二章 具有尺度结构的竞争种群系统控制模型的适定性 | 第19-26页 |
2.1 两竞争种群模型 | 第19-20页 |
2.2 线性系统的比较原理 | 第20-23页 |
2.3 模型的适定性 | 第23-26页 |
2.3.1 解的存在唯一性 | 第23-25页 |
2.3.2 解对控制变量的连续依赖性 | 第25-26页 |
第三章 竞争模型平衡态的稳定性及数值分析 | 第26-35页 |
3.1 平衡态的存在性 | 第26-29页 |
3.2 平衡态的稳定性 | 第29-32页 |
3.3 数值模拟 | 第32-35页 |
第四章 尺度结构两竞争种群的最优控制 | 第35-48页 |
4.1 最优收获问题 | 第35-41页 |
4.1.1 最优收获的存在性 | 第35-38页 |
4.1.2 最优性条件 | 第38-41页 |
4.2 基于生态平衡的最优收获策略 | 第41-48页 |
4.2.1 系统正平衡态的存在性 | 第41-43页 |
4.2.2 最大值原理 | 第43-48页 |
第五章 总结及展望 | 第48-49页 |
参考文献 | 第49-54页 |
附录 | 第54-59页 |
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