A generalised sigmoid population growth model with energy dependence: application to quantify the tipping point for Antarctic shallow seabed algae
本文提出显式纳入能量资源依赖的广义 sigmoid 种群增长模型，并利用南极海冰下藻类数据校准，实现对海冰破裂控制临界点关键属性的估计。
2025-03-14 q-bio.PE
On the Allometric Scaling of Resource Intake Under Limiting Conditions
个体的资源摄入率取决于个体的体型和资源的可利用性。在这里，我们已经开发了一个模型来整合这两个驱动程序，明确占的比例与个人的身体大小感知资源的可用性。该模型将类克莱伯尺度律与Holling功能反应合并到一个单一的数学框架中，涉及身体大小和资源密度。当资源的可利用性保持不变时，该模型预测了资源摄入率与体型之间的关系，其双对数图是一条凹曲线。从幂律的显着偏离占身体大小的资源限制的依赖性。该模型的结果是一致的数据，从实验室实验的底栖大型无脊椎动物和现有的文献。
2010-02-17 q-bio.PE
A Non-Phenomenological Model to Explain Population Growth Behaviors
本文提出了一个非现象学的人口增长模型，该模型是基于组成系统的个体之间的相互作用。它被假定为个体相互作用的合作和竞争。作为这种相互作用的结果，它表明，一些著名的现象学人口增长模型（如马尔萨斯，Verhulst，Gompertz，理查兹，冯Foerster，和幂律增长模型）是这里提出的模型的特殊情况。此外，其他生态行为也可以被看作是这种相互作用的涌现行为。例如，观察到Allee效应，这是某些种群在小种群规模下增加种群增长率的特征。而在文献中提出的模型解释的Allee效应与现象学的想法，在这里提出的模型解释这种效果的个人之间的相互作用。该模型与经验数据进行了测试，以证明其配方。另一个有趣的宏观涌现行为，从这里提出的模型是在有限的时间内观察到的人口分歧制度。有趣的是，在人类的全球人口增长中观察到了这一特征。结果表明，在合作制度下，该模型非常适合自公元1000年以来的人口增长数据。
2014-02-15 q-bio.PE
Giant fluctuations in logistic growth
我们分析的波动时，两个竞争的物种，最初的几个个体，提交给一个逻辑增长的个体数量。我们发现，当总的个人数量达到承载能力，每个物种的数量受到巨大的波动（方差$\sim$平均2），如果两个物种有相似的增长率。我们发现，只有当增长率显着不同时，才可以使用确定性的逻辑方程，否则这种增长必须由随机过程工具进行研究。这些结果推广到一个广泛的一类增长规律。
2018-06-13 physics.bio-ph q-bio.PE
The efficiency of individual optimization in the conditions of competitive growth
本文旨在讨论基于多主体的竞争增长模型的统计性质。每个代理人的增长（或衰减）规则的虚拟“质量”的速率受影响的相互作用与其他代理人。这种相互作用取决于策略向量和智能体之间的相互距离，并且两者都受到智能体的个体优化过程的影响。稳态模拟产生的相图与高，低竞争相（HCP和LCP，分别）分离的临界点。特别注重已取得的指标的幂律行为的质量分布相对于临界状态。在这个制度的研究已经揭示了显着的异常优化效率。
2009-03-06 nlin.AO q-bio.PE
A stochastic individual based model for the growth of a stand of Japanese knotweed including mowing as a management technique
外来入侵物种对环境和健康的威胁日益严重。它们还具有重大的经济影响，因为它们可能破坏许多基础设施。日本虎杖（Fallopia japonica）分布于北美、北欧和中欧以及澳大利亚和新西兰，被世界自然保护联盟列为世界上最严重的入侵物种之一。到目前为止，大多数模型都处理了入侵如何在没有管理的情况下蔓延。本文旨在提供一个模型，能够研究和预测的动态的立场，日本虎杖考虑到割草作为一种管理技术。我们提出的模型是随机的和基于个人的，这使我们能够考虑到个人的行为取决于他们的大小和位置，以及个人的随机性。我们设置植物动力学参数，由于与现场数据的校准，并研究初始种群规模的影响，割草事件的平均数量一年和管理项目的持续时间上的平均面积和平均树冠数的立场。特别是，我们的研究结果提供了一套参数，它是可能获得的立场根除，并实现后者所需的管理项目的最短时间。
2019-02-19 q-bio.PE
Inequality in resource allocation and population dynamics models
Hassell模型是一个广泛应用的离散时间种群动力学模型，它通过一个可调的指数来描述种内竞争和争夺。由于这两类竞争一般会导致个体之间资源分配的不同程度的不平等，因此指数预计与这种不平等有关。然而，在该模型的各种第一性原理推导中，没有一个与这一期望相一致。本文探讨了是否可以从第一性原理推导出一个指数与资源分配不平等有关的Hassell模型。实际上，这样的哈塞尔模型可以通过假设个体之间的资源随机竞争来导出，其中每个个体每次只能获得固定量的资源。改变资源单位的大小会改变不平等的程度，指数也会相应地改变。Beverton-Holt和Ricker模型可以看作是Hassell模型的特例。两个额外的Hassell模型推导出一些修改后的假设。
2018-12-21 q-bio.PE
Cell Population Growth Kinetics in the Presence of Stochastic Heterogeneity of Cell Phenotype
研究HL60白血病细胞群体在表型异质性影响下偏离均匀指数增长的现象，通过实验观察和分支过程模型揭示了不同生长速率亚群的存在及其对早期生长动力学的影响。
2023-10-19 q-bio.PE
Effects of growth rate, size, and light availability on tree survival across life stages: a demographic analysis accounting for missing values and small sample sizes
植物存活是森林动态的一个关键因素，其存活概率往往因生命阶段而异。专门针对评估树木生存的研究是不寻常的，因此最初为其他目的设计的数据往往需要使用;这些数据比为这一特定目的收集的数据更有可能包含错误。我们调查了10个树种的存活率在一个旨在监测生长率的数据集。由于有些人在某些时间点没有包括在人口普查中，我们使用捕获标记再捕获方法，使我们能够考虑失踪的个人，并估计搬迁概率。在预测存活率的模型中，将生长率、大小和光可用性作为协变量。这项研究表明，树木死亡率最好描述为恒定的几年之间的大小依赖于早期的生命阶段和大小独立的在以后的生命阶段的大多数物种的英国硬木。我们已经证明，即使是20年的数据集，也有可能辨别出个体之间和物种之间的变异性。我们的工作说明了潜在的效用的方法在这里应用于计算植物种群动力学参数的时间重复数据集，小样本量和缺失的个人没有任何损失的样本量，并包括解释协变量。
2015-01-30 q-bio.PE
High burden of private mutations due to explosive human population growth and purifying selection
最近的研究表明，人类人口经历了复杂的人口统计学历史，包括最近的人口快速增长时期，导致当今人类罕见遗传变异的比例过高。这种过度可能会影响每个个体的私人突变负担，这里定义为每个新测序个体中与另一个大样本测序个体相比新的杂合变异的比例。我们计算了不同人口统计模型预测的私人突变的负担，并与基于NHLBI外显子组测序项目数据和中性区域（NR）数据集数据的经验估计进行了比较。我们观察到一个显着的私人突变的比例在经验数据相比，没有最近的人口增长时代的人口统计历史模型。将最近的经济增长纳入模型，可以大大改善与经验观察的拟合。这种现象在样本量较大时更为明显。通过纯化选择，私人突变的比例额外增加，这差异性地影响不同功能注释的突变。这些结果对复杂人类疾病的基于测序的关联研究的设计和分析具有重要意义，因为它们涉及私人和非常罕见的变异。
2014-03-22 q-bio.PE
Plasticity facilitates sustainable growth in the commons
在公地，即依赖公共产品增长的社区中，个人往往依靠令人惊讶的简单策略，或策略，来决定是否为公共利益做出贡献（冒着被搭便车者剥削的风险）。虽然这似乎是一个局限性，在这里，我们展示了四个生态学如何通过利用特定的环境约束导致可持续增长。两个最简单的方法-永久捐款或在捐款或不捐款之间随机切换-首先表明，当公共产品有效地促进增长时，会带来可持续性。如果效率下降，公地被分成小团体，那么最有效的策略是只有当大多数个人也是贡献者时才做出贡献。相反，当群体规模变大时，最有效的行为遵循最小努力原则：仅在绝对必要的情况下做出贡献。这两种塑料策略都在自然系统中观察到，它们将其作为成功管理可持续性的基本社会主题。
2012-09-10 q-bio.PE
Population dynamics of generalist/specialist strategies in the feast-famine cycles
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN（理化学研究所）
本文研究了在资源波动环境中，泛化策略与专精策略的种群动态，通过建立统一模型揭示生长死亡权衡对策略主导的影响。
2026-04-30 q-bio.PE
Interplay between Foraging Choices and Population Growth Dynamics
本文将 logistic 种群增长模型与最优觅食模型耦合，揭示种群密度、个体觅食时间与种群规模之间的反馈机制。
2024-08-05 math.DS q-bio.PE
First Principles Attempt to Unify some Population Growth Models
在这项工作中，一些唯象模型，那些只基于人口信息（宏观水平），推导出一种直观的方式。这些模型，例如Verhulst，Gompertz和Bertalanffy模型，以这样一种方式发布，所有涉及的参数都有物理解释。还提出了基于个体之间（微观水平）的相互作用（依赖于距离）的模型。这种微观模型达到了作为特殊情况提出的现象学模型。在这种方法中，Verhulst模型代表了所有个体以相同方式互动的情况，而不管它们之间的距离如何。这意味着Verhulst模型是一种平均场模型。其他唯象模型都是从微观模型出发，根据两个量：i）相互作用衰减的方式与距离之间的关系; ii）种群形成的空间结构的维度。这个微观模型允许理解人口增长的第一原则，因为它预测，一些现象学模型可以被看作是一个结果，相同的个人水平的相互作用。从这个意义上说，我们将在这里讨论的微观模型为找到所有类型的增长所共有的普遍模式铺平了道路，即使是在性质非常不同的系统中。
2016-05-20 q-bio.PE
The puzzle of sub-maximal resource use by a parasitoid wasp
当一种有限的资源明显开发不足时，值得问的是，有什么机制允许假定有价值的资源闲置？进化生物学家已经提出了一系列的假设来解释这一点，从种群间的群体选择到自私谨慎的个体约束。我们认为，在这种情况下，尽管高种内竞争，个人离开大部分的关键资源未开发。这样做的寄生蜂几乎可以找到景观中所有的宿主卵群，但只寄生每个卵群中约三分之一的卵，然后在集群周围留下威慑标记。我们首先测试，并拒绝，一系列特定于系统的简单的约束，可能会限制充分的主机剥削，如主机卵的异步成熟。然后我们考虑约束进化的经典假设。谨慎的捕食和赌注对冲不能作为解释，因为黄蜂生活在一个大的混合种群中。此外，我们没有发现任何个人的好处，寄生蜂的发展在一个稀疏寄生的主机巢。然而，一个最佳的觅食模型，包括经验测量成本的过寄生和重寄生，可以解释通过个体选择，无论是一贯的低寄生率和标记。
2015-03-20 q-bio.PE
Individual-based model for coevolving competing populations
两个物种之间的竞争的经典模型通常预测排斥或资源开发的分歧进化。然而，最近的实验数据表明，共存是可能的非常相似的物种竞争相同的资源\textit{without}生态位划分。出于对经典竞争理论的实验挑战，我们提出了一个基于个体的随机竞争模型，它本质上是确定性Lotka-Volterra型模型的修改。所提出的竞争动力学模型结合了离散基因型的影响，这决定了个体对环境的适应，以及与其他物种的相互作用。
2006-11-07 q-bio.PE
Task allocation and site fidelity jointly influence foraging regulation in honey bee colonies
群体成员之间的行为差异往往会影响集体的结果。每个人可能在他们执行的任务和他们执行每项任务的持久性方面都有所不同。尽管个体在任务中的分布和个体在行为持久性方面的差异都可以影响集体行为，但我们不知道它们是否以及如何共同影响集体结果。在这里，我们使用一个详细的计算模型来研究任务和行为持久性的个人，特别是他们的保真度特定的资源站点之间的集体权衡探索新的资源和利用熟悉的殖民地级别的分布的联合影响。我们开发了一个基于Agent的觅食蜜蜂模型，通过来自5个殖民地的数据进行参数化，在该模型中，我们模拟了在环境中搜索新资源的侦察兵，以及被侦察兵招募到新发现的资源的个体，即，新兵我们发现，对于每个值的持久性有一个不同的最佳比例的侦察兵招募，最大限度地提高资源收集的殖民地。此外，侦察兵的持久性的变化引起相反的效果，从变化的持久性新兵的集体觅食的殖民地。侦察兵的比例，导致最多的资源收集的殖民地下降的持久性增加的新兵。然而，这个最佳比例的侦察兵增加侦察兵的持久性增加。因此，行为持久性和任务参与可以相互作用，以影响正交方向的群体的集体行为。我们的工作提供了新的见解，并产生了新的假设，以了解个体和群体水平的行为变化如何共同影响探索新资源和利用熟悉资源之间的权衡。
2017-03-14 q-bio.PE
Tractable fish growth models considering individual differences with an application to the fish Plecoglossus altivelis altivelis
本文提出含个体差异、可显式求解概率密度的 von Bertalanffy 型鱼类生长模型，并用香鱼多年数据与随机扩展验证其大小谱建模能力。
2025-03-25 math.PR q-bio.PE
A general model of the public goods dilemma
一项使所有群体成员受益的个体代价高昂的行为是一种公共产品。只有当个人的利益抵消了贡献的成本时，自然选择才会支持个人对公共产品的贡献。性别比例、寄生虫毒力、微生物代谢、对不合作者的惩罚，以及社会性的几乎所有方面的问题，都被分析为由亲属和群体选择塑造的公共物品。在这里，我发展了两个一般方面的公共产品的问题，得到了相对较少的关注。首先，个人资源的变化有利于自私的个人改变他们对公共产品的分配。那些拥有更好资源的人将他们多余的资源贡献给公共利益，而那些拥有更少资源的人对公共利益的贡献更少。因此，纯粹自私的行为导致个人分为上层阶级和下层阶级，上层阶级对公共利益和社会凝聚力贡献很大，下层阶级对公共利益贡献很小。第二，如果群体的成功绝对需要生产公共产品，那么有利于生产的压力就相对较高。相比之下，如果群体的成功对公共利益的依赖较弱，那么有利于生产的压力就相对较弱。这样说，基线成功的作用显然很重要。然而，对公共产品问题的讨论有时未能充分强调这一点。这里的模型建议简单的测试资源变化和基线成功的作用。鉴于公共产品的广泛重要性，更好的模型和测试将大大加深我们对生物学和社会性许多过程的理解。
2011-12-14 q-bio.PE
Evolution of polymorphism and sympatric speciation through competition in a unimodal distribution of resources
利用一个二倍体年龄结构种群的微观主体动力学模型研究了多态性和同域物种形成的演化。潜在的生态学表现为某种宽度的资源的单峰分布。个体之间的竞争也可以用类似的分布来描述，其强度在具有相同表型的个体中最大，并且在表型空间中随着距离的增加而减小，如高斯分布，具有一定的宽度。这两个宽度定义了模型的相空间，在相空间中，我们确定了更有可能出现稳定多态性或物种形成的区域。
2006-02-08 q-bio.PE
Individual-based stochastic model with unbounded growth, birth and death rates: a tightness result
Université de Lorraine（洛林大学）；Inria（法国国家信息与自动化研究所）；IECL（纯数学与应用数学联合研究实验室）
本文研究了具有无界增长和衰减、资源消耗的群体动力学模型，通过构造紧性结果证明了大种群极限下的解存在性。
2026-03-23 math.PR q-bio.PE
Bistability to Quad-stability: Emergence of Hybrid Phenotypes & Enhanced Spatio-temporal Plasticity in Presence of Host-Circuit Coupling
National Institute of Technology Durgapur（印度杜尔加普尔国立理工学院）；Indian Institute of Technology Bombay（印度孟买印度理工学院）
研究发现宿主-电路耦合下双稳态遗传电路在资源竞争和生长反馈作用下产生多种表型，并增强时空可塑性，为癌症转移和进展提供新见解。
2026-02-14 q-bio.PE
Extending the Monod Model of Microbial Growth with Memory
莫诺模型使用细胞外资源浓度的双曲线函数描述微生物的生长。在波动或有限的资源集中，该模型对实验数据表现不佳，激励更复杂的Droop模型与随时间变化的内部存储池。我们扩展了莫诺模型以纳入过去条件的记忆，添加了一个由分数微积分分析驱动的参数。我们将展示如何解释的内存元素在生物学的背景下，并描述其连接到一个资源存储池。在非平衡氮饥饿条件下，我们用模拟和实验室培养的硅藻（T。Chaanana和T. weissflococcus）和Prasinophytes（Micromonas sp.和O.金牛座），全球有影响力的浮游植物类群。使用统计分析，我们表明，我们的Monod记忆模型估计的增长率，细胞密度和资源浓度以及下垂模型，同时需要少一个状态变量。我们简单的模型可以改善浮游植物动力学在复杂的地球系统模型的描述在一个较低的计算成本比目前实现。
2022-12-28 math.DS q-bio.PE stat.AP
The coalescent tree of a Markov branching process with generalised logistic growth
我们考虑一类密度依赖的分支过程，推广指数，逻辑和Gompertz增长。一个种群从一个个体开始，最初呈指数级增长，然后随着总体规模接近承载能力，增长可能会放缓。当种群仍在超线性增长时，对固定数量的个体进行采样，并绘制出它们的合并树。以采样时间和承载能力同时无穷大，我们证明了收敛的合并树的极限树，这是在某种意义上普遍超过我们的类模型。
2022-04-08 math.PR q-bio.PE
Immuno-epidemiological model of two-stage epidemic growth
关于季节性流感的流行病学数据表明，受感染个体数量的增长率可以从一个指数增长率增加到另一个具有更大指数的指数增长率。传统的流行病学模型无法描述这种行为。在这项工作中，提出了一个免疫流行病学模型，以描述这两个阶段的增长。它考虑到受感染个体数量的增长增加了初始病毒载量，并提供了从只有免疫反应弱的人被感染的流行病第一阶段到免疫反应强的人也被感染的第二阶段的通道。这种情况可以被看作是增加了易感的有效数量，增加了感染的有效增长率。
2020-03-31 math.DS q-bio.PE
Growth or Reproduction: Emergence of an Evolutionary Optimal Strategy
现代生态学重新强调了对原始“适者生存主题”的定量理解的必要性，该主题基于对生命进化特征的竞争性进化策略之间的复杂权衡的分析。这是理解在有限资源的无所不在的约束下物种共存和生态系统多样性〈动〉性<动>的关键。在这项工作中，我们提出了一个基于代理的模型复制一个社区的相互作用的个人，例如在森林中的植物，在那里所有的竞争相同的有限数量的资源和每个竞争对手的特点是由一个特定的生长繁殖策略。我们发现，这样的演化动力学驱动系统走向一个稳定的状态，其特征在于紧急的最优策略，这反过来又取决于可用资源的生态系统可以依赖的数量。我们发现，个人使用的资源份额是幂律分布的指数直接相关的最优策略。该模型可以进一步推广到社会和经济相互作用系统动力学中的最优策略。
2013-06-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Stochastic ultimatum game: Spite-driven resource feedback fosters fairness
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究资源稀缺与丰富对行为的影响，开发随机最后通牒博弈框架，发现恶意和公平的出现依赖资源增长率，高增长率时公平占优，低增长率时恶意驱动资源反馈循环促进公平。
2026-07-17 econ.TH nlin.AO physics.bio-ph
Poverty levels, societal and individual heterogeneities explain the SARS-CoV-2 pandemic growth in Latin America
拉丁美洲正在经历SARS-CoV-2大流行的严重影响，但贫困和薄弱的公共卫生机构阻碍了收集经典SEIR流行病模型所需的精确数据。我们提出了一种替代方法，利用统计生态学和保护生物学的进展，以提高稀疏数据的预测和改善流行病的价值。我们的方法，导致我们所谓的随机流行病Gompertz模型，具有很少的参数，可以灵活地将异质性在人群内和跨时间的传播。我们证明了贫困对14个拉丁美洲国家的流行病进程有很大的影响，并展示了我们的方法如何提供灵活的，随时间变化的疾病风险预测，可用于完善公共卫生战略。
2020-05-22 physics.soc-ph q-bio.PE
Influence of cell-cell interactions on the population growth rate in a tumor
在微观层次上理解种群增长的宏观唯象模型对于预测个体间相互作用所产生的种群行为具有重要意义。在这项工作中，我们考虑的细胞相互作用对群体生长率$R$在肿瘤系统中的影响，并表明，在大多数情况下，特别是小的增殖概率，相互作用的调节作用将加强与内在的增殖概率的下降。对于个体的高复制率和协同作用，增殖概率几乎没有影响。我们计算了$R$对无血管肿瘤边缘最近邻近似下细胞间相互作用的依赖性。我们的结果有助于定性地理解种群系统中个体之间的相互作用对增长率的影响。
2017-11-22 physics.bio-ph q-bio.PE q-bio.TO
Speciation in a MacArthur model predicts growth, stability and adaptation in ecosystems dynamics
本文在 MacArthur 资源-消费者模型中引入随机物种形成机制，提出一个既能保持均衡理论一致性、又能再现优先效应和秩多样性变化的简单扩展模型，用于研究演化生态系统的增长、稳定性与适应。
2022-10-19 physics.bio-ph q-bio.PE
Modeling tumor growth: a simple individual-based model and its analysis
恶性肿瘤的发生和发展是一个复杂的现象，具有决定其长期行为的关键阶段。这一现象在数学上是通过各种模型来描述的：从简单的启发式模型到采用随机过程的模型。在本章中，我们通过分析一个简单的基于个体的模型来讨论这种建模的一些方面，在该模型中，肿瘤细胞被表示为在$\mathbf{R}_{+}:=[0,+\infty)$中以单位速度向原点漂移的点粒子。在原点，它们中的每一个都分裂成两个新的粒子，它们立即出现在$\mathbf{R}_{+}$中的随机位置。在漂移过程中，粒子在分裂之前会随机死亡。在该模型中，给定细胞的性状$x\in \mathbf{R}_{+}$对应于其分裂的时间，并且死亡由治疗因素引起。在此基础上，我们展示了如何推导出一个条件-涉及治疗相关的死亡率和细胞周期分布参数-在此条件下，肿瘤大小在时间上保持有界，这实际上意味着与疾病作斗争。
2020-03-20 math.DS q-bio.PE
Growth, competition and cooperation in spatial population genetics
我们研究了一个基于个体的模型，描述了两个不同等位基因之间的空间竞争。虽然该模型在精神上类似于经典的空间群体遗传学模型，如垫脚石模型，但在这里，空间是连续的，竞争个体的总密度由于人口统计随机性而波动。通过分析和数值模拟，我们研究了固定概率，固定时间和杂合性的行为，在一个中立的设置和两个物种可以竞争或合作的情况下。最后的例子中，个人被运送的流体流动，我们认为，这种模式是一个自然的选择来描述海洋环境中的竞争。
2012-12-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Join forces or cheat: evolutionary analysis of a consumer-resource system
在这项工作中，我们研究了一个消费者资源系统的年度特征的行为突变体入侵的过程中的一个例子。也就是说，个体在被冬季隔开的固定长度的季节中活动。所有个体在季节结束时死亡，下一代的大小取决于上一个季节产生的后代数量。消费者产生未成熟后代的速度取决于它们的内部能量，这些能量可以通过喂养来增加。资源的再生产只是以恒定的速率发生。首先，我们考虑一个消费者群体最大化他们的共同适应度，所有消费者都是具有相同目标函数的个体，并为共同利益而行动。我们假设一小部分消费者群体可能在一个季节开始时出现，并开始表现为主要群体中的突变体。我们研究这种入侵是如何发生的。
2010-06-14 math.OC q-bio.PE
Growth Models Under Uniform Catastrophes
University of São Paulo（圣保罗大学）；Federal University of Goias（戈亚斯联邦大学）；Universidad de Antioquia（安提奥基亚大学）
本文研究了在均匀灾难下的人口增长模型，推导了生存概率和灭绝时间的表达式，并比较了不同灾难类型对种群持续性的影响。
2026-02-06 math.PR q-bio.PE
Population growth in discrete time: a renewal equation oriented survey
本文从更新方程出发刻画离散时间种群增长的渐近长时间行为，并阐明出生记账与个体状态记账两种方案的关系，从而将相关结果推广到传统结构化种群模型。
2023-09-20 math.DS q-bio.PE
Influence of technological progress and renewability on the sustainability of ecosystem engineers populations
人类生态工程深刻地改变了世界的面貌，导致了人口过剩和环境恶化。尽管人们长期以来一直担心人口和经济增长不受控制可能是不可持续的，但社会崩溃的前景今天仍然存在争议。与通常的方法来模拟人与自然的相互作用，这是基于Lotka-Volterra捕食者-被捕食者模型与人类作为捕食者和自然作为猎物，在这里，我们解决这个问题，使用离散时间生态系统工程师的种群动力学模型。工程师人口的增长是由Beverton-Holt方程与密度相关的承载能力，是成比例的可用栖息地的数量。这些栖息地（例如，农场）是个体在原始栖息地上工作的产物（例如，原生森林），因此命名为生态系统的工程师，以这些代理人。人造的栖息地会逐渐退化，最终又会再生为原始的栖息地。对于缓慢再生的资源，我们发现，动态是由繁荣和崩溃的周期，其中人口达到消失的小密度占主导地位。然而，工程师探索资源的效率的提高消除了盛宴和饥荒的危险周期性模式，并导致平衡人口增长和资源可用性的稳定平衡。这一发现支持了增长乐观主义者的观点，即技术进步可能避免崩溃。
2018-12-28 nlin.AO q-bio.PE
Coevolutionary game dynamics with localized environmental resource feedback
该研究将资源空间异质性引入囚徒困境博弈模型，探索具环境反馈的协同进化博弈动力学，发现高策略对资源更新率影响下可避免“公地振荡悲剧”，方格模拟中自组织集群模式增强系统稳定性且转变具参数稳健性。
2025-02-14 nlin.AO q-bio.PE
Stochastic foundations in nonlinear density-regulation growth
在这项工作中，我们构建了基于个人的模型，在平均场确定性水平上产生了广义逻辑模型，并使我们能够解释这些模型的参数在个人的相互作用。我们还研究了内部波动对不同模型的长时间动力学的影响，这些模型在文献中得到了广泛的应用，如theta-logistic模型和Savageau模型。特别是，我们确定了种群灭绝的条件，并计算了平均灭绝时间。如果人口没有灭绝，我们得到的人口丰度分布的解析表达式。我们的理论结果是基于WKB理论和概率母函数形式主义，并通过数值模拟进行了验证。
2017-09-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Symbiotic Cell Differentiation and Cooperative Growth in Multicellular Aggregates
随着细胞在给定环境下生长和分裂，它们变得拥挤，资源有限，如细菌生物膜和多细胞聚集体所示。这些细胞经常通过交换化学物质表现出强烈的相互作用，如在群体感应中，以实现互利共生。在这里，要实现稳定的劳动分工，需要三个属性。首先，同源细胞分化成几种类型。第二，这种不同细胞类型的聚集体通过实现劳动分工而比孤立的细胞表现出更好的生长。第三，这种细胞聚集体在分化细胞类型的数量分布方面是稳健的。我们在这里讨论细胞如何获得细胞分化和劳动分工的能力，这也与细胞社会的稳健性有关。为此，我们开发了一个动态系统模型的细胞组成的化学成分与细胞内催化反应动力学。这些反应将外部营养物质转化为细胞生长的内部成分，分裂的细胞通过化学扩散相互作用。我们发现，共享相同催化网络的细胞通过细胞-细胞相互作用的诱导自发分化，然后实现劳动分工，从而实现比单细胞情况下更高的生长速率。这种共生分化出现在一类资源有限、细胞间相互作用强烈的反应网络中。然后，在细胞类型分布的鲁棒性实现，而集体增长的不稳定性，甚至可以出现在合作的细胞时，内部储备的产品占主导地位。目前的机制是简单和一般的相互作用的细胞与资源限制的自然结果，并与观察到的行为和形式的几个单细胞生物体的聚集体是一致的。
2016-10-25 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.PE
Self-awareness based resource allocation strategy for containment of epidemic spreading
个体之间的资源支持对于控制或减轻传染病传播尤其是在大流行期间尤其重要。然而，问题仍然是，我们如何能够保护自己不被感染，同时通过捐赠资源帮助他人抗击这一流行病。为了回答这个问题，我们提出了一个新的资源分配模型，考虑到个人的自我保护意识。在该模型中，引入了一个调整参数来量化个体在意识到疾病时的反应强度。在此基础上，建立了一个资源分配与疾病传播的耦合模型，研究了自我意识对资源分配的影响以及对传染病传播动力学的影响。通过理论分析和大量的蒙特卡罗模拟，我们发现在稳态下，系统收敛到两种状态：完全健康或完全感染，这表明当资源短缺时，患病率会突然增加。更重要的是，我们发现，在疫情爆发期间，对人民过于谨慎和过于无私，都不适合疾病控制。通过大量的模拟，我们找到了最佳点，在那里有一个最大值的流行阈值，爆发可以延迟到最大程度。最后，我们进一步研究了网络结构对耦合动力学的影响。我们发现，度的异质性促进了疾病的爆发，而网络结构并没有改变行为反应的最优现象。
2020-02-07 physics.soc-ph q-bio.PE
Heterogeneous network epidemics: real-time growth, variance and extinction of infection
近年来，人们对网络上的流行病产生了很大的兴趣，认为这是一种表示能够通过现代人群传播感染的复杂接触结构的方式。配置模型是一个流行的选择，在理论研究中，因为它结合的能力，指定的数量分布的接触（度）与分析的易处理性。在这里，我们考虑的早期实时行为的马尔可夫SIR流行病模型的配置模型网络使用多类型的分支过程。我们发现封闭形式的解析表达式的平均值和方差的传染性的个人的数量作为时间的函数和程度的最初感染的个人（S），并写下一个微分方程系统的灭绝的概率是数字上的快速相比，蒙特卡洛模拟。我们发现，这些数量都是敏感的度分布-特别是我们确认，感染的平均患病率取决于度分布的前两个时刻和患病率的方差取决于度分布的前三个时刻。与大多数现有的分析方法相比，这些结果的准确性不依赖于具有大量的感染性个体，这意味着在大群体限制下，即使对于一个初始感染性个体，它们也是渐近精确的。
2017-01-20 math.PR q-bio.PE
Collective learning from individual experiences and information transfer during group foraging
群居生活给许多动物带来了好处，比如保护它们免受捕食者的侵害，以及提高它们在不确定的环境中寻找资源时的感知和决策能力。大量的研究表明，动物群体在移动中的集体行为如何有助于汇集有关环境现状的信息。相互作用对集体运动的影响主要是在没有记忆的代理模型中研究的。因此，对于具有记忆和不同觅食经验的个体是否会出现协调的行为仍然知之甚少。通过一个基于代理的模型，我们量化了个人的记忆和信息流如何有助于提高觅食成功的一组在复杂的环境中。在这种情况下，我们将集体学习定义为一个群体内由个人经验和信息传递引起的行为的协调变化。我们发现，最初分散的人口觅食访问分散的资源，可以逐渐实现凝聚力，并成为有选择地本地化的空间周围最突出的资源网站。当个体之间的记忆或信息传递受到抑制时，协调就会丧失。目前的建模框架提供了预测的集体学习的实证研究，也可以找到应用程序在群机器人和激励新的搜索算法的基础上强化。
2019-01-22 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
On a quarantine model of coronavirus infection and data analysis
通过采取严格的隔离措施来遏制冠状病毒传播的尝试显然在不同的国家产生了不同的效果：尽管据报道中国和韩国的新病例数量有所减少，但意大利和欧洲其他国家的新病例数量仍显着增长。在这份简短的说明中，我们试图通过数学模型来评估检疫措施的效率。我们引入了一个新的感染进展模型，而不是经典的SIR模型，假设所有感染的个体在潜伏期后被隔离，以这样的方式，他们不能感染其他人。该模型中的疾病进展由基本繁殖数$\mathcal{R}_0$（潜伏期内新感染个体的数量）确定，这与标准SIR模型不同。如果是$\mathcal{R}_0 >1$，则潜伏感染个体的数量呈指数级增长。然而，如果$\mathcal{R}_0 <1$（例如~由于公共当局实施的隔离措施和接触限制），感染人数呈指数级下降。然后，我们考虑在不同国家的疾病发展的可用数据，以表明有三种可能的模式：增长动力学，增长-衰减动力学和斑块动力学（增长-衰减-增长）。对中国和韩国数据的分析表明，在采取限制措施后约10天达到感染高峰（每日病例最高值）。在这段时间里，感染者总数的增长率在逐渐下降。然而，意大利的增长率仍然是指数级的。可以说，这表明引入的检疫措施是不够的，需要采取更严格的措施。
2020-03-20 math.DS q-bio.PE
The nest site lottery: how selectively neutral density dependent growth suppression induces frequency dependent selection
种群动力学的现代发展强调了个体更替的作用。在新的方法中，稳定种群大小是不同的死亡率和繁殖力因素之间的动态平衡，而不是一个任意固定的承载力。最新的复制因子动力学模型假设，种群规模的调节作用，通过反馈驱动的密度依赖的少年死亡率。在这里，我们考虑一个简化的模型来提取这种方法的属性。我们表明，在稳定的人口规模，频率依赖的进化博弈的结构出现。周转的个人诱导的彩票机制，其中每个巢网站发布的一个死亡的成年人个人的一个新生儿是从池中的新生儿候选人。这种频率依赖性选择导致了最大化每个成年人死亡的新生儿数量的策略。然而，多种策略可以最大限度地发挥这一价值。其中，具有最大的死亡率（这意味着更大的瞬时增长率）的策略被选中。这一结果对于讨论普适性测度以及自然选择使哪些参数最大化具有重要意义。这与适应性度量R0和r有关，因为每个死亡个体的新生儿数量等于没有老化的模型中新生儿R0的终生产量。我们的模型表明存在另一种适应度度量，即R0和r的组合。根据巢址抽签机制，在稳定的人口规模，选择有利于战略与最大的R 0。
2014-03-03 math.CA nlin.AO q-bio.PE
Optimal coordination of resources: A solution from reinforcement learning
Shaanxi Normal University（陕西师范大学）；Soochow University（苏州大学）；Institute of Neuroscience and Medicine, INM-10, Research Centre Jülich（于利希研究中心神经科学与医学研究所，INM-10）；Ningxia University（宁夏大学）
本文通过强化学习方法解决少数游戏中的资源最优协调问题，揭示了在经验利用与探索之间平衡的重要性，提出新的资源分配解决方案。
2025-02-20 cond-mat.dis-nn nlin.AO physics.soc-ph
Habitat fragmentation promotes spatial scale separation under resource competition
Florida State University（佛罗里达州立大学）
本文通过种内竞争与非线性随机游走模型，揭示了栖息地破碎化网络中竞争性状差异导致优势个体聚集于枢纽斑块、弱势个体被排挤至边缘的空间分离机制，并指出该模式可能促进物种形成。
2025-11-06 nlin.AO physics.soc-ph q-bio.PE
