Dynamics of different topological configurations in a three-patch metapopulation model
研究了一个具有三个相互连接的斑块的生态系统的可能动态，其中一个种群可以迁移，注意可能中断的通信路径可能造成的后果。
2014-03-18 math.DS q-bio.PE
The interplay of extinction and synchrony in the dynamics of metapopulation formation
集合种群的概念已经成为生态学中的经典。它的原始平均场形式提供了一个重要的直觉，即迁移和灭绝相互作用，以确定由亚种群组成的种群的动态。从概念上看，集合种群范式的本质是以局部灭绝的过程为中心的。我们注意到，有两种性质上不同的灭绝，渐进的和灾难性的，并探讨其对集合种群形成的动态使用离散迭代地图的影响。首先，通过修改经典的Logistic映射添加的Allee效应，我们表明，灾难性的局部排斥的亚种群是集合种群形成的先决条件。当亚群经历逐渐灭绝，增加迁移率的力量同步和驱动的集合种群低于Allee点，导致迁移引起的系统不稳定的参数空间。第二，一个映射（伯努利比特移位映射的扩展），同时探索人口行为的增长和减少模式。最后，我们总结了四个方面。1.在低迁移率下，集合种群可能比完全不相连的亚种群灭绝得更快。2.在稳定集合种群形成和种群同步之间存在一个梯度，从没有集合种群到集合种群再到同步的关键转变，后者经常导致集合种群灭绝。3.同步模式随着时间的推移而出现，导致同步群体和嵌合群体同时存在。4.存在两种不同的同步机制：i.灭绝和救援，ii.）在经典的混乱拉伸和折叠的修改拉伸反转。
2021-06-30 q-bio.PE
Local Perturbations Do Not Affect Stability of Laboratory Fruitfly Metapopulations
大量的理论研究预测，空间结构种群（集合种群）的动态可以通过对地方种群大小的不断扰动而改变。然而，这些研究假设大集合种群居住在无噪音，零灭绝的环境中，他们的预测从未得到经验验证。在这里，我们报告的本地化扰动对全球动态和稳定性的影响的实证研究，在实验室中使用果蝇集合种群。我们发现，不断增加的个人在每一代的一个特定的亚群稳定的亚群本地，但没有任何可检测的影响的动态和稳定的集合种群。我们的实验系统使用一个简单的，但广泛适用的种群动力学模型的模拟能够恢复的实证研究结果，表明我们的结果的一般性。然后，我们模拟了扰动更多亚群、增加扰动强度和改变迁移速率的可能后果，但发现这些条件都不会改变我们的实验结果。最后，我们表明，我们的主要结果是强大的集合种群中存在的局部抑制。我们的研究表明，局部扰动不太可能影响真正的集合种群的动态，这一发现具有警示意义的生态学家和保护生物学家面临的问题，稳定不稳定的集合种群的性质。
2007-02-26 q-bio.PE
Finite size scaling of survival statistics in metapopulation models
本研究扩展复合种群模型以纳入有限种群随机性，推导生存概率的有限尺寸标度，并证明确定性复合种群容量在生存与灭绝统计中的关键作用。
2025-06-23 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Survivability of a metapopulation under local extinctions
景观生态学中的集合种群结构是由一组相互作用的空间上分离的亚种群或同一物种的斑块组成，它们可能经历几次局部迁移。这使得调查的生存能力（在全球振荡的形式）的集合种群上的不同的扩散拓扑结构极其重要。然而，在生态网络的各种分散拓扑结构中，哪一种能提供更高的集合种群生存能力，在局部灭绝的情况下，仍然没有得到很好的探索。在这篇文章中，我们审查的鲁棒性的生态网络组成的捕食者斑块Holling I型功能性反应，对逐步灭绝的人口补丁。我们提出了一个全面的研究，同时考虑全球，小世界和无标度的子种群的扩散。此外，我们延长我们的工作，在提高生存能力的形式，持续的全球振荡引入不对称的扩散率所考虑的物种。我们的研究结果证实，斑块之间的相互作用在集合种群的生存能力中起着重要的作用。为了证明观察到的现象的模型独立性，我们对表现出Holling II型功能反应的斑块进行了类似的分析。基于所得到的结果，我们的工作有望提供一个更好的理解的影响，分散安排的全球生存性的生态网络。
2017-12-21 nlin.AO nlin.PS q-bio.PE
A note on metapopulation models
本文研究集合种群模型中斑块内部个体异质性对传染病传播的影响，证明忽略这种异质性会低估基本再生数和防控所需努力，并提出一种基于斑块分层推断个体易感性或暴露分布的方法，以 COVID-19 疫情为案例进行应用。
2025-06-04 q-bio.PE
Stabilized Partitioning of Metapopulations Networks
集合种群网络是一个多斑块生境系统，种群在生境斑块中生活和相互作用，个体通过扩散连接从一个斑块扩散到另一个斑块。栖息地斑块之间扩散联系的丧失会影响系统的稳定性。在这项工作中，我们确定是否存在（S）集（S）的分散连接删除导致分区（S）的集合种群网络到动态稳定的子网络。我们的研究发现，存在一个下界阈值Fiedler值，保证网络动力学的动态稳定性。必要和充分的数学条件，找到分区，导致子网络与所需的阈值Fiedler值已被导出，并举例说明。虽然在生态学背景下提出和讨论，它可以指出，这样的分区问题存在于任何空间离散，但连接动力系统与反应扩散。非生态学的例子是配电网、细胞内反应途径网络和高密度纳米流体芯片实验室应用。
2019-09-12 math.DS q-bio.PE
Dispersal-enhanced resilience in two-patch metapopulations: origin's instability type matters
本研究构建双斑块逻辑斯蒂增长扩散集合种群模型，分析发现扩散增强可改变原点不稳定性类型，提升集合种群在随机扰动下的恢复力，还推导得出最优扩散率。
2023-12-11 math.DS q-bio.PE
An Analysis on the Influence of Network Topologies on Local and Global Dynamics of Metapopulation Systems
集合种群是生态系统的模型，描述生活在破碎栖息地的种群的相互作用和行为。在本文中，我们提出了一个模型的集合种群的基础上的多变量模拟算法τ-DPP，膜系统的随机类，我们利用调查的影响，不同的栖息地拓扑结构可以对本地和全球动态的集合种群。特别是，我们专注于我们的分析在相邻的补丁之间的个人的迁移率，并在他们的能力，在栖息地的空补丁殖民。我们比较了每个栖息地拓扑结构的模拟结果，并得出结论的其他研究问题有关集合种群的一些建议。
2010-08-19 cs.CE q-bio.PE
Increased persistence via asynchrony in oscillating ecological populations with long-range interaction
了解扩散网络结构对物种持久性的影响，模拟更真实的自然界物种扩散是空间生态学的两个核心问题。在[Holland \& Hastings，Nature，456：792- 795（2008）]中已经研究了有利于相互作用的生态系统的持久性的现实扩散结构，其中表明在猎物和捕食者的集合种群模型中扩散网络结构的随机化通过聚类、延长的瞬态动力学和种群波动的幅度来增加物种持久性。在本文中，相比之下，我们表明，一个确定性的网络拓扑结构中的集合种群也可以有利于dupy和长期的瞬态动力学，如果物种扩散服从远程相互作用的距离依赖的幂律。为了探讨幂律耦合的影响，我们采取了一个现实的生态模型，即罗森茨威格-麦克阿瑟模型在每个补丁（节点）的振荡器网络，并显示，耦合系统是从同步驱动到同步的幂律指数的增加。此外，为了了解物种持久性和幂律指数变化之间的关系，我们计算相关系数来表征团簇形成，同步性序参量和捕食者幅度的中位数。我们进一步表明，较小的集合种群与较少的补丁数量更容易灭绝相比，较大的集合种群与较高的补丁数量。我们相信，目前的工作，提高了我们的理解之间的相互联系的随机网络和确定性网络的理论生态学。
2017-03-04 nlin.AO q-bio.PE
Desynchronization and sustainability of noisy metapopulation cycles
生态系统中种群振荡的表观稳定性是一个长期存在的难题。这里提出了一个通用的解决方案。稳定机制涉及空间迁移、振幅相关频率和噪声的综合效应：由噪声引起的空间补丁之间的微小差异被频率梯度放大。然后，在去扰动区域之间的迁移稳定了均匀流形附近的振荡。扩散耦合振荡器的一个简单模型允许导出定量结果，如扩散强度和频率差上的去极化的依赖性。对于一个不稳定的系统，噪声诱导的过渡证明，从灭绝小噪声的稳定，如果噪声超过某个阈值。耦合振子模型再现所有以前提出的稳定机制。因此，我们建议使用这个模型作为一个标准的工具，识别和分类的人口振荡的空间域。
2007-01-20 q-bio.PE
Phase Transitions in a Logistic Metapopulation Model with Nonlocal Interactions
一个或多个物种在某些空间位置的存在，而不是其他地方是生态学的核心问题。这种现象与生态格局的形成有关。非定域相互作用可以被认为是导致这种现象的机制之一。我们提出了一个考虑非局部相互作用的单种群连续时间集合种群模型。离散概率核被用来模拟这些相互作用在一个补丁的环境。模型的线性稳定性分析表明，该方程的解决方案表现出图案的形成，如果扩散率的物种是足够小的和离散的相互作用内核满足一定的条件。我们数值观察到行波和驻波型图案出现在临界扩散率附近。我们使用弱非线性分析，以更好地理解所形成的模式的行为。我们发现，所观察到的图案出现通过超临界和亚临界分叉空间均匀的稳态。此外，我们观察到，随着扩散率的降低，图案的振幅会增加。对于不稳定的不连续过渡，我们还表明，存在一个阈值的初始条件的振幅，在此之上的图案形成观察。
2017-09-28 math.DS q-bio.PE
Extinction threshold and large population limit of a plant metapopulation model with recurrent extinction events and a seed bank component
我们引入了一个新的模型，植物集合种群的种子库组件，生活在一个破碎的环境中，当地灭绝事件频繁。该模型是一个中间的种群动态模型与种子库组件，经典的赖特-费舍尔模型的基础上，和随机补丁占用模型（SPOMs）在集合种群生态学。它的主要特征是利用“幽灵”个体来人为地确保一个恒定的总体规模，幽灵个体可以繁殖，但相对于“真实”个体具有非常强的选择性劣势。我们表明存在一个灭绝阈值以上的“真正的”个人的亚群的持久性是不可能的，并调查种子库的特性如何影响这个灭绝阈值。我们还展示了在适当的缩放下该模型向SPOM的收敛，弥合了基于个人的模型和占用模型之间的差距。
2022-02-21 math.PR q-bio.PE
Network analysis identifies weak and strong links in a metapopulation system
确定关键种群塑造集合种群系统的结构和连通性是人口生态学的一个重大挑战。分子标记在群体遗传学理论框架中的应用使这一领域取得了巨大进展，但量化每个群体在系统中的作用的首要问题仍未解决。此外，经典方法的使用和解释仍然受到需要先验信息和基本假设的限制，而这些在自然系统中很少得到尊重。网络理论应用于映射的遗传结构，在集合种群系统中使用微卫星数据的受威胁的海草，Posidonia oceanica，在其整个地理范围内的人口。网络的方法，从先验假设和通常的基本假设所需的经典分析的解释，允许直接表征的分层人口结构和检测的人口作为枢纽中继基因流或维持集合种群系统的关键。这一发展打开了生态学和进化的主要视角，特别是在保护生物学和流行病学等领域，其中针对特定人群至关重要。
2008-10-20 cond-mat.stat-mech q-bio.PE q-bio.QM
A metapopulation model of the spread of the Devil Facial Tumour Disease predicts the long term collapse of its host but not its extinction
魔鬼面部肿瘤病（DFTD）是一种独特的传染性癌症，对宿主塔斯马尼亚魔鬼产生了毁灭性的影响。目前估计其密度约为疾病前状态的20%，单种群流行病学模型预测宿主可能灭绝。在这里，我们利用塔斯马尼亚州的广泛调查提供数据的空间和时间的传播DFTD，并调查这个主机-病原体系统的动态使用空间集合种群模型。我们首先确认一个最有可能的起源DFTD在东北角的岛屿，然后使用推断的动态来预测的物种的命运。我们发现，我们的中期预测与未用于拟合的额外数据相匹配，并且从长期来看，塔斯马尼亚魔鬼预计将与肿瘤共存。允许持久性的关键过程是从疾病爆发和消亡的邻近地区重复重新入侵灭绝的斑块，导致不同程度的空间异质性的动态平衡。然而，这种动态平衡预计将使这种顶级捕食者保持在其原始密度的9%左右，可能对塔斯马尼亚生态系统产生巨大影响。
2018-06-14 q-bio.PE
New approaches of source-sink metapopulations decoupling the roles of demography and dispersal
源-汇系统是指具有不同生境质量的生境斑块集合种群，在生态学中常用于研究空间扩展的自然种群的命运。我们提出了新的技术，可以解开各自的贡献人口和扩散的动态和命运的一个单一的物种在源汇集合种群。我们的方法是有效的一般类的随机，个人为基础的，垫脚石模型，与密度无关的人口和扩散，提供集合种群是有限的，否则享有一定的传递性。我们提供了1）一个简单的持久性的标准，通过研究一个单一的随机扩散，直到它返回到其初始位置的运动; 2）的长期增长率的联合表征和渐近占有频率的祖先血统的随机幸存者，通过使用大偏差理论。这两种技术产生的公式解耦人口和扩散，并可以适应的情况下，周期性或随机的环境中，栖息地的质量是自相关的空间和可能的时间。在最后一种情况下，我们展示了允许生存的耦合时间平均汇的例子，正如以前在完全混合（Jansen和Yoshimura，1998）甚至部分混合（Evans等人，2012; Schreiber，2010）集合种群。
2012-10-17 math.PR q-bio.PE
Reduction of a metapopulation genetic model to an effective one island model
我们探讨了一个模型的元群体遗传学，这是基于一个更生态动机的方法比经常使用的群体遗传学。种群的大小是由个体之间的竞争来调节的，而不是人为地强加一个固定的种群大小。增加的模型的复杂性是通过采用物理科学中常用的技术来管理的，即利用时间尺度分离来消除快速变量，然后从慢速模式构建有效的模型。值得注意的是，具有2个$\mathcal{D}$变量的初始模型，其中$\mathcal{D}$是集合种群中岛的数量，可以简化为具有单个变量的模型。我们分析了这个有效的模型，并表明，固定的等位基因的概率和固定的平均时间的预测同意以及从原始模型的数值模拟发现。
2018-05-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Stabilizing spatially structured populations through Adaptive Limiter Control
稳定复杂的非线性系统的动力学是包括生态学和保护生物学在内的几个科学学科的主要关注点。不幸的是，大多数提出的方法来减少混沌系统中的波动是不适用于真实的，生物种群。这是因为这样的方法通常需要系统特定参数的详细知识以及实时操纵它们的能力;大多数真实群体通常不满足这些条件。此外，真实种群往往是嘈杂和易于干扰的，这有时会使这种方法无效。在这里，我们调查的控制策略，它的工作原理是通过扰动人口规模，是强大的合理数量的噪音和灭绝概率。这种策略，称为适应性限制控制（ALC），以前已被证明可以增加实验室种群和黑腹果蝇集合种群的稳定性和持久性。在这里，我们提出了一个详细的数值调查ALC的波动和持久性的集合种群的影响。我们表明，在高迁移率，ALC的应用程序不需要先验信息的人口增长率。我们还表明，ALC可以稳定集合种群，即使当应用到低至十分之一的亚群总数。此外，ALC是有效的，即使当子种群具有高灭绝率：条件下，一个其他控制算法以前未能达到稳定。重要的是，ALC不仅降低了集合种群规模的波动，而且降低了全球灭绝概率。最后，该方法是鲁棒的动态和承载能力的环境中的中等水平的噪声。这些结果，再加上我们早期的实证研究结果，建立ALC是一个强大的候选人稳定真正的生物集合种群。
2013-07-07 q-bio.PE
Amplitude dependent frequency, desynchronization, and stabilization in noisy metapopulation dynamics
分析了生态系统中种群振荡的神秘稳定性。潜在的机制是在两个相互作用的物种自由迁移的两个空间补丁之间的框架。结果表明，迁移和噪声的综合作用不能解释稳定性。缺少的成分是振荡频率对振幅的依赖性;由于频率梯度，斑块之间的噪声诱导差异被放大。迁移之间的deserminized区域，然后稳定的“软”极限环附近的同质流形。扩散耦合振荡器的一个简单的模型允许导出定量的结果，如扩散强度和频率差后的去极化的功能依赖性。振荡的振幅（几乎）与噪声无关。结果进行了比较与数值积分的边缘稳定的Lotka-Volterra方程。一个不稳定的系统在小噪声下容易发生振荡，但在较大的噪声强度下稳定。
2006-09-19 cond-mat.soft q-bio.PE
Fast-mode elimination in stochastic metapopulation models
我们调查的随机动力学的实体被限制在一组岛屿，它们之间的迁移。他们被认为是两种类型之一，除了迁移，他们也繁殖和死亡。属于这一类的系统在生物学和社会科学中很常见，出现在生态学、群体遗传学、流行病学、生物化学、语言学、观点动力学和其他领域。在所有这些情况下的控制方程是棘手的，因为他们做的多维福克-普朗克方程，或等价地，耦合的非线性随机微分方程与乘性噪声。我们开发了一种方法，利用分离的时间尺度之间的快速和缓慢的变量，以减少这些方程，使它们类似于一个单一的岛屿，这是经得起分析。这项技术是普遍适用的，但我们选择在群体遗传学的背景下讨论它，部分原因是由于选择而出现的额外特征。该方法背后的想法是简单的，其应用系统，并在一系列参数值的完整模型的模拟结果非常吻合。
2014-04-01 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Habitat heterogeneity and dispersal network structure as drivers of metacommunity dynamics
University of Padova（帕多瓦大学）；National Biodiversity Future Center（国家未来生物多样性中心）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；International Centre for Theoretical Physics（理论物理国际中心）；University of Lausanne（洛桑大学）；Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Padova（帕多瓦大学土木、环境与建筑工程系）
本文提出一种统一的微观机制框架，用于从任意扩散网络上的个体生态动态推导有效元种群和元群落模型，揭示了栖息地异质性和网络结构对群落动态和生物多样性的影响。
2026-05-07 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The spatial dynamics of ecosystem engineers
种群动力学模型很少考虑生态系统非生物特征的变化，主要关注物种间的营养和竞争相互作用。然而，了解生物的种群动力学，必须改变他们的栖息地，以生存，所谓的生态系统工程师，需要明确纳入非生物相互作用的模型。在这里，我们研究了一个模型的生态系统工程师，是离散的空间和时间，工程师和他们的栖息地安排在补丁固定的网站的规则格子。工程种群的增长采用Ricker方程进行模拟，其承载力与密度相关，由改变的栖息地数量给出。扩散扩散阶段确保了一小部分工程师从他们的出生补丁移动到相邻的补丁。我们发现，扩散影响的集合种群动力学的情况下，只有在本地或单补丁动力学表现出混沌行为。这样，在种群内禀增长率较大的情况下，它可以抑制混沌行为，避免混沌现象的发生。
2017-08-10 q-bio.PE
Inference on spatiotemporal dynamics for networks of biological populations
本研究利用新推断算法重新审视COVID-19集合种群模型，改进统计拟合与参数识别，发现中国2020年1月23日封锁效果优于先前估计，并提出未来建模的统计分析标准。
2024-02-06 physics.soc-ph q-bio.PE stat.AP
Long-range dispersal promotes spatial synchrony but reduces the length and time scales of synchronous fluctuations
本文通过调节局部与全局随机扩散比例，研究罕见长距离扩散对集合种群同步振荡的影响，证明其增强全局同步、均质化空间格局并缩短平衡时间。
2025-06-10 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A Process Calculus for Spatially-explicit Ecological Models
我们提出了PALPS，一个人口系统的位置过程代数。PALPS允许我们产生空间上明确的、基于个体的模型，并对它们的行为进行推理。我们的演算有两个层次：在第一个层次上，我们可以定义种群中个体的行为，而在第二个层次上，我们可以将系统定义为位于空间中的各种物种的个体的集合，如果它们愿意的话，在它们的生存周期中移动，同时改变它们的位置，并以各种方式相互作用，例如相互捕食。此外，我们提出了一个概率时态逻辑推理PALPS过程的行为。我们说明了我们的框架，通过模型的扩散集合种群。
2012-11-17 cs.LO q-bio.PE
Causes and consequences of dispersal in biodiverse spatially structured systems: what is old and what is new?
本文探讨单物种扩散进化理论在生物多样性空间结构化系统中的适用性，提出性状维度增加和协同扩散会调节扩散进化，并推测其可能导致进化更慢且更弥散。
2023-11-30 q-bio.PE
