Принцип оптимальности в математических моделях агроэкосистем
Разработаны теоретические основы описания органогенеза в рамках комплексной модели продукционного процесса. Показана взаимосвязь представления о гармоничном, «сбалансированном» росте побега и корня и индивидуального критерия оптимальности. Выдвинута концепция использования единого принципа математического моделирования регуляторных процессов в растении, основанного на гипотезе об оптимальности… Читать ещё >
Принцип оптимальности в математических моделях агроэкосистем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание
- Глава 1. Введение
- 1. 1. Эмпирический и теоретический подход в математическом моделировании агроэкосистем
- 1. 2. Критерии качества экологических моделей
- 1. 3. Принцип оптимальности и его использование в математической биологии
- 1. 4. Эволюционная трактовка индивидуального критерия оптимальности
- 1. 5. Критика и апология концепции оптимальности в биологии
- 1. 6. Применение принципа оптимальности в математическом моделировании агроэкосистем
- Глава 2. Моделирование фенологического развития растений
- 2. 1. Подходы к моделированию фенологического развития в современных моделях агроэкосистем
- 2. 2. Базовая теоретическая модель перехода с вегетативной на генеративную стадию развития как задача оптимального управления ресурсами
- 2. 3. Качественная верификация теоретических моделей. Проблема объяснения отсутствия «точки излома»
- Глава 3. Моделирование процессов органогенеза
- 3. 1. Общие замечания
- 3. 2. Обзор подходов к описанию ростовых процессов в системе «побег-корень» в моделях продукционного процесса сельскохозяйственных растений
- 3. 3. Принцип оптимальности в моделировании органогенеза
- 3. 4. Качественный анализ модели оптимального роста
- 3. 5. Верификация обобщенных моделей органогенеза на экспериментальном материале. Проблема описания фенотипической пластичности растений
- Глава 4. Моделирование процесса устьичной регуляции
- 4. 1. Общие замечания
- 4. 2. Обзор математических моделей устьичной регуляции
- 4. 3. Моделирования устьичной регуляции на основе принципа оптимальности в рамках комплексной модели продукционного процесса сельскохозяйственных культур
- 4. 4. Исследования, модификации и перспективы использования модели
- Глава 5. Математические модели морфологии и морфогенеза
- 5. 1. Роль описания морфологии растений в комплексных моделях продукционного процесса
- 5. 2. Подходы к моделированию морфологии и архитектоники побега
- 5. 3. Моделирование элементов продуктивности колоса злаковых культур
- 5. 4. Задача об оптимальной толщине листа зеленых растений
6.3. Основные результаты, полученные в работе.
1. Выдвинута концепция использования единого принципа математического моделирования регуляторных процессов в растении, основанного на гипотезе об оптимальности формы и поведения живых организмов в онтогенезе.
2. Рассмотрены альтернативные критерии оптимальности функционирования организмов. Показана тождественность экологической (максимизация репродуктивных усилий) и энергетической (принцип оптимальной конструкции) формулировок индивидуального критерия оптимальности, сводимых к прямой и двойственной задачам оптимизации.
3. Проанализирована эволюционная трактовка индивидуального критерия оптимальности.
4. Сформулирована общая вариационная задача для описания регуляторных биологических процессов в рамках комплексной модели агроэкосистемы, формулирующаяся в терминах поиска программы управления метаболизмом с целью максимизации интегральной репродуктивной мощности.
5. Построена и исследована теоретическая модель фенологического развития растений (перехода с вегетативного на генеративный этап роста). В ее рамках показана возможность существования сингулярных ветвей оптимального решения, характеризующихся одновременной поддержкой вегетативных и генеративных органов.
Продемонстрированы результаты качественной верификации модели для случая однолетних и многолетних растений.
6. Разработаны теоретические основы описания органогенеза в рамках комплексной модели продукционного процесса. Показана взаимосвязь представления о гармоничном, «сбалансированном» росте побега и корня и индивидуального критерия оптимальности.
7. Предложены оригинальные численные критерии оценки фенотипической пластичности растений, основанные на анализе формы изоклин функции отклика. Продемонстрирован факт повышения степени пластичности в терминах введенных показателей на оптимальных траекториях развития.
8. Создана оригинальная законченная модель устьичной регуляции, являющаяся решением задачи оптимального управления, направленного на поддержание баланса между контролем потери воды одновременно с обеспечением достаточного уровня фотосинтеза в период засухи. Качественная и количественная верификация модели демонстрирует высокую степень согласия с данными полевых опытов.
9. Поставлена и решена задача модельной оценки показателей продуктивности колоса злаковых культур. Выдвинута и частично протестирована гипотеза о характере решающих факторов, определяющихчисло зерен на растение, в момент закладки плодоэлементов.
10. Развиты и исследованы идеи Х. Г. Тооминга об экстремальности значений анатомических и биометрических характеристик побегов зеленых растений. Решена задача определения оптимальной толщины зеленого листа с целью максимизации интенсивности газообмена. Показано качественное и количественное согласие полученных результатов с реальными данными.
11. Проанализированы аспекты технической реализации разработанных алгоритмов в рамках компьютерной модели агроэкосистемы. Указаны методические принципы и современные подходы из области информационных технологий, которые могут оказаться полезными или необходимыми в ходе этой реализации.
1. Александрии В. В., Тарвердян А. П. Распределение узлов по высоте стеблей злаковых // Докл. ВАСХНИЛ. 1976. № 1. С. 6−10.
2. Алиев П. Г., Полуэктов P.A. Моделирование роста и развития корневой системы растений в рамках комплексной модели продукционного процесса // Вестник с.-х. науки.- 1988.№ U.C. 10−15.
3. Аоки М.
Введение
в методы оптимизации. М.: Наука, 1977, 343 с.
4. Аптер М. Кибернетика и развитие.- М.: Мир, 1970. 215 с.
5. Арнольд В. И. Теория катастроф. М.: Эдиториал УРСС, 2004. 128 с.
6. Аццп Дж. Сельскохозяйственная экология. М.: Колос, 1959. 479 с.
7. Батыгин Н. Ф. Онтогенез высших растений.- М.: Агропромиздат, 1986. 99 с.
8. Батыгин Н. Ф., Демьянчук А. М. Расчет онтогенеза пшеницы (Методические рекомендации).- СПб.: Всесюзный научно-исследовательский институт растеневодства, 1995. 36 с.
9. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 400 с.
10. БихелеЗ.Н., МолдауХ.А., РоссЮ.К. Математическое моделирование транспирации и фотосинтеза растений при недостатке почвенной влаги. Л: Гидрометеоиздат, 1980.223 с.
11. Бондаренко Н. Ф. (ред.) Моделирование продуктивности агросистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 264 с.
12. Вернадский В. И. Биосфера. М.: «Мысль», 1967, 367 с.
13. Галямин Е. П. Оптимизация оперативного распределения водных ресурсов в орошении. Л.: Гидрометеоиздат, 1981,272 с.
14. Гиг Дж. Прикладная общая теория систем. М.: «Мир», 1981. 427 с.
15. Грибачев К. Delphi и Model Driven Architecture. Разработка приложений баз данных. СПб., «Питер», 2004, 352 с.
16. Гродзинский Д. М. Биофизика растений. Киев: Наукова думка, 1972, 256 с. 17. де Гроот М. Оптимальные статистические решения. М.: Мир, 1974,492 с.
17. Гуляев Б. И. Вопросы количественного описания ростовых функций растений // Физиология и биохимия культурных растений. 1981. Т. 13, № 3. С. 227−238.
18. Давиташвили Л. Ш. Причины вымирания организмов. М.: «Наука», 1969.
19. Ермаков Е. И. Избранные труды. СПб: АФИ, 2009, 191 с.
20. Жакоб Ф., Моно Ж. Регуляция активности генов // Регуляторные системы клетки.-М.: Мир, 1964. 278 с. 22.