Modeling Predator-Prey Dynamics with Stochastic Differential Equations: Patterns of Collective Hunting and Nonlinear Predation Effects
Kyushu University（九州大学）
本研究用随机微分方程粒子模型模拟水生捕食者-猎物互动，发现集体捕猎提高效率但受群体规模限制，提出可推广的分析框架。
2025-10-09 math.DS q-bio.PE
Bdellovibrio bacteriovorus Predation in Dual-Species Biofilms of E. coli Prey and M. luteus Decoys
生物膜是生长在界面处的基质封闭的微生物群落。它们表现出显着的表型变化，使它们对许多抗菌剂具有抗性，这些抗菌剂可以杀死它们自由游泳的同行。环境中的生物膜可以由单个或多个微生物物种组成。该组先前的研究表明，噬菌蛭弧菌（一种革兰氏阴性捕食性细菌，消耗其他革兰氏阴性细菌）可以在某些条件下根除单一物种的大肠杆菌生物膜1。这些结果提示了B.在工业、医疗和环境背景下生物膜根除中的食菌性细菌。本文研究了噬菌蛭弧菌与多菌种生物膜，特别是双菌种生物膜相互作用和清除的可能性。coli（革兰氏阴性菌）和M.黄体（革兰氏阳性诱饵）在液体和空气之间的界面。我们研究了这种双物种生物膜是否对B更敏感、更敏感或同样敏感。bacteriovorus攻击相比，其单一物种的同行。利用不同的研究方法，包括细菌培养，细胞计数，结晶紫染色，革兰氏染色，光学显微镜，扫描电子显微镜和原子力显微镜，以了解蛭弧菌与生物膜的相互作用。实验表明，B. bacteriovorus不仅消耗E. coli，但也减弱了M.黄体的固体表面，使生物膜易于去除。B.噬菌不仅控制猎物，还控制周围介质中的诱饵细菌种群，后者可能通过竞争营养物。这些实验促使我们思考B.可以使用噬菌菌体来控制环境中的生物膜。
2010-05-20 q-bio.PE q-bio.QM
Survival behavior in the cyclic Lotka-Volterra model with a randomly switching reaction rate
研究了随机切换的繁殖-捕食率对非空间循环洛特卡-沃尔泰拉模型生存行为的影响，该模型又称零和石头剪刀布博弈，用于比喻三个物种之间的循环竞争.在大而有限的种群中，人口波动（内部噪声）会在有限的时间内使两个物种灭绝，而繁殖-捕食率最小的物种最有可能成为幸存者（“弱者法则”）。在这里，我们的模型环境（外部）噪声，假设在给定的静态环境中的“最强的物种”（最快的复制/捕食）的复制捕食率随机切换两个值之间对应的更多和更少的有利的外部条件。我们研究了环境噪声和人口噪声对物种生存概率和平均灭绝时间的联合影响。特别是，我们调查的生存概率是否遵循法律的最弱的，并分析其依赖于外部噪声强度和开关率。值得注意的是，当平均而言，有一个有限数量的开关灭绝之前，捕食者的物种的反应速率开关的生存概率通常随外部噪声强度非单调变化（最佳生存约一个临界噪声强度）。我们还概述了所有的反应速率切换在显着不同的时间尺度的情况下的关系。
2018-02-27 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Mathematical model of livestock and wildlife: Predation and competition under environmental disturbances
受巴塔哥尼亚北部真实场景的启发，我们分析了一个简单的营养网的数学模型，其中有两个食草动物和一个捕食者。所研究的情况代表了阿根廷巴塔哥尼亚草原的一种常见做法，牲畜在半野生状态下饲养，无论是在开放的范围内还是封闭的，与竞争对手和捕食者共存。在目前的研究中，竞争的食草动物代表绵羊和羊驼，而捕食者则与美洲狮有关。该模型结合了集合种群和斑块动态的概念，并包括一个明确的物种之间的层次竞争，这会影响他们的前景殖民一个空补丁时，必须与其他物种竞争。我们进行数值模拟的空间扩展集合种群组合的系统，这使我们能够将栖息地异质性和破坏的影响。数值结果与平均场计算结果进行了比较。我们发现，该模型提供了一个很好的理论框架，在几种情况下，包括控制的野生种群的牧场主施加到不同程度。此外，本配方采用了新的条款在以前分析的模型，这有助于揭示由于系统的异质性的重要影响。
2015-02-04 q-bio.PE
Evolutionary dynamics and competition stabilize three-species predator-prey communities
我们进行基于个人的Monte Carlo模拟在一个社区组成的两个捕食者物种竞争一个单一的猎物物种，在这个简单的模型系统中研究生物多样性稳定的目的。捕食者的特征是捕食效率和死亡率，达尔文的进化适应。对有限猎物丰度的竞争驱动种群在捕食效率和死亡率方面的优化。我们研究了各种生态要素对最终状态的影响，发现间接竞争和进化适应都不足以产生稳定的生态系统。然而，稳定的三个物种共存时，观察到两个捕食者物种之间的直接相互作用。
2017-11-14 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Stabilizing spiral structures in the asymmetric May-Leonard model
利用Monte Carlo方法研究了空间非均匀二维环形晶格上具有非对称捕食率的三种群周期随机May-Leonard模型的螺旋结构的诱导和稳定性.在一个孤立的环境中，强烈不对称的捕食率导致快速灭绝的共存的所有三个物种，以一个单一的生存人口。即使是弱不对称的捕食率，只有一小部分的生态系统中的统计合奏管理，以保持完整的三个物种共存。然而，当非对称竞争系统通过扩散扩散耦合到完全对称的May-Leonard补丁时，该区域的稳定螺旋图案在脆弱的非对称区域中诱导瞬态平面波阵面和最终的准静止螺旋图案。因此，濒危生态子系统可以有效地变得稳定，甚至从一个小得多的稳定地区的移民。为了描述在非对称区域的螺旋人口结构的稳定性，我们比较了这些拓扑缺陷的鲁棒性在空间耦合系统中的非对称捕食率的极值与相应的非对称May-Leonard模型隔离的增加。我们描绘的准静态性质的共存诱导的非对称子系统的扩散耦合到一个对称的May-Leonard补丁，并提出了一个（半）定量标准的螺旋振荡持续在非对称区域。
2021-07-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Assessing biological control method on the progression of anaplasmosis disease in dominant cattle species in the Matabeleland north province Zimbabwe
本文提出了一个仓室模型研究资源有限农户牛群中无浆体病的传播动力学，通过数值模拟分析不同初始捕食者数量和捕食率对疾病控制的影响，发现利用蜱虫天敌等生物防治方法可有效根除该疾病并改善农村生计。
2024-04-24 math.DS q-bio.PE
Antipredator behavior in the rock-paper-scissors model
当面临迫在眉睫的捕食风险时，许多动物会做出逃避消费的反应。反捕食者策略是由个体作为一个群体来执行的，以恐吓捕食者，并在受到攻击时将损失降到最低。我们使用石头剪刀布游戏研究了具有循环物种优势的空间三营养系统中的反捕食者猎物反应。反捕食行为的影响是局部的，捕食概率随着捕食者附近猎物的数量呈指数下降。与标准Lotka-Volterra实现的石头剪刀布模型相比，没有螺旋波出现，我们的结果表明，antipredator行为导致螺旋图案从随机初始条件。结果表明，捕食风险随抗捕食者强度的增加呈指数下降。最后，我们研究了共存概率，并验证了反捕食行为可能会危及生物多样性的高流动性。我们的发现可能有助于生物学家理解由物种形成的生态系统，这些物种的个体行为具有战略性，以抵抗捕食。
2021-05-25 nlin.AO nlin.PS physics.bio-ph
How local antipredator response unbalances the rock-paper-scissors model
反捕食者行为是一种存在于许多生物系统中的自我保护策略，其中个体加入集体反应的努力，以避免被接近的捕食者捕获。研究了一个非等级的三营养系统，其捕食者与食饵之间的相互作用用石头剪刀布游戏规则来描述。我们进行了一组空间随机模拟，其中一个物种的生物体可以抵抗捕食的集体战略。捕食能力的下降是本地的，这意味着每个捕食者面临着一个特定的反对取决于周围的猎物群的大小it. Considering的干扰捕食者行动取决于猎物的身体和认知能力，我们探索的作用的调节因子，表明该分数的物种容易执行的antipredator策略。由于捕食者-被捕食者相互作用的局部不平衡，出现了主要由单个物种占据的空间域。与石头剪刀布模型中由于非局部原因而导致的弱物种不同，我们的研究结果表明，如果一个物种的捕食概率由于个体面临局部反捕食者反应而降低，则该物种不会占主导地位。相反，石头剪刀布模型的局部不平衡导致了弱势物种的猎物的盛行。最后，研究结果表明，当地的不均衡可能会危及生物多样性，与共存更受到威胁的高流动性。
2022-12-27 nlin.AO nlin.PS physics.bio-ph
Extirpation of Atlantic Cod from a Northwest Atlantic ecosystem in the absence of predator control: inference from an ecosystem model of intermediate complexity
基于中等复杂度生态系统模型，研究发现灰海豹捕食是圣劳伦斯湾南部大西洋鳕高死亡率的主因，若不迅速减少海豹数量，鳕鱼将面临灭绝风险。
2023-11-11 q-bio.PE q-bio.QM
On a species survival model
在本文中，我们提供了一些尖锐的渐近结果的随机模型的物种生存最近提出的Guiol，Marchado和Schinazi。
2010-06-14 math.PR q-bio.PE
Plant survival and keystone pollinator species in stochastic coextinction models: role of intrinsic dependence on animal-pollination
共同灭绝模型有助于理解群落对物种损失的鲁棒性和对干扰的恢复力。我们模拟传粉网络中的传粉者灭绝，使用混合模型，结合最近开发的随机共灭绝模型（SCM）的植物灭绝和拓扑模型（TCM）的动物灭绝。我们的模型占相互作用强度的变化，并包括经验估计植物依赖传粉者设置种子。这种模型的随机性使我们能够确定植物的生存单一（和多个）灭绝事件，并确定哪些传粉者（关键物种）更有可能触发二次灭绝。在三个不同的传粉者去除序列一致，植物的鲁棒性低于在纯TCM，和植物的生存更多地取决于相互作用强度的互利关系。正如预期的那样，高度连接和依赖的植物对传粉者的损失最敏感，在灭绝级联中崩溃得更快。我们预测，依赖和植物连接之间的关系是至关重要的，以确定网络的鲁棒性相互作用损失。最后，我们发现蜜蜂和几种甲虫是我们社区的关键物种。这些信息对于预测传粉者损失的后果以及确定有效保护的目标物种具有重要价值。
2017-09-11 q-bio.PE
Untangling the roles of parasites in food webs with generative network models
食物网代表了一组共同出现在栖息地的物种之间的消费者-资源相互作用的集合，但大多数食物网〈动〉<动>研究都忽略了寄生虫及其相互作用。最近的研究提供了相互矛盾的证据，包括寄生虫是否改变食物网〈动〉<动>结构，一些人认为寄生虫之间的相互作用在结构上不同于那些自由生活的物种，而另一些人则声称相反。在这里，我们描述了一个原则性的方法来理解食物网〈动〉<动>结构，结合了一个有效的优化算法，从统计物理称为并行回火与概率概括的经验支持良好的食物网〈动〉<动>小生境模型。这种生成模型的方法，使我们能够严格估计的程度，涉及寄生虫的相互作用是统计上区别于自由生活的物种之间的相互作用，寄生虫的生态位是否表现类似于自由生活的生态位，以及现有的假设食物网〈动〉<动>结构的程度自然恢复。我们将这种方法应用于研究弗伦斯堡峡湾食物网〈动〉<动>，并表明，而捕食寄生虫，寄生虫的伴随捕食，寄生虫的内营养行会的相互作用在很大程度上是无法区分的自由生活捕食相互作用，寄生虫-宿主相互作用是不同的。这些结果为评估物种种类和相互作用对食物网〈动〉<动>结构的影响提供了一个强有力的新工具，从而为阐明寄生虫在食物网中的作用提供了新的思路
2015-05-18 physics.data-an q-bio.PE q-bio.QM
Interactions between eagles and semidomestic reindeer: lessons learned from field surveys and deterrents
本研究通过瑞典北部驯鹿放牧区的野外调查，揭示金雕和白尾海雕在产犊期丰度增加且两种威慑物可显著降低鹰类出现几率，为缓解鹰类与驯鹿冲突提供了实证依据。
2024-05-03 q-bio.PE
Species survival and scaling laws in hostile and disordered environments
在这项工作中，我们研究的可能性生存的单一物种的背景下，敌对和无序的环境。在这种环境中的种群动力学，由Fisher方程模拟，其特征是负的平均增长率，除了在一些随机的空间分布的斑块，可能支持生命。特别是，我们感兴趣的是生存概率的相图和临界尺寸问题，即，在长时间动态中生存所需的最小斑块大小。我们提出了一个措施的关键补丁大小成正比的参与率（PR）的特征向量对应的最大特征值的线性化Fisher动力学。我们得到了两种拓扑结构，即一维系统和分形Peano盆地的（抑制-生存）相图和概率分布函数（PDF）的临界补丁大小。我们发现，这两种拓扑结构具有相同的定性特征，但分形拓扑结构需要更高的空间波动，以保证物种的生存。我们执行一个有限大小的缩放，我们获得相关的缩放指数。此外，我们表明，PDF的关键补丁大小有一个通用的形状为1D的情况下，在模型参数（扩散，增长率等）。相反，扩散系数有一个剧烈的影响的PDF的分形Peano盆地的临界斑块大小，它不服从相同的标度律的一维情况。
2016-10-11 q-bio.PE
Environmental vs. demographic variability in two-species predator-prey models
利用二维格子上的Monte Carlo模拟方法，研究了随机两种群洛特卡-沃尔泰拉模型中人口和环境变量对演化动力学的竞争效应和相对重要性.个体被分配可遗传的捕食效率;在空间变化的反应速率猝灭的随机性作为环境噪声。我们发现，环境的变化增强了捕食者和猎物的人口密度，而人口的变化导致本质上是中性的优化。
2012-12-28 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Spatial variability enhances species fitness in stochastic predator-prey interactions
利用二维蒙特卡罗模拟研究了空间变化的反应速率对空间随机两种群Lotka-Volterra格子模型的影响.这种猝灭的随机性对人口密度，瞬态振荡，空间相关性和入侵锋的影响进行了研究。我们发现，在捕食率的空间变异导致更多的本地化活动补丁，这反过来又会导致一个显着增加的渐近种群密度的捕食者和猎物，加速前传播。
2008-11-20 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fixation in Competing Populations: Diffusion and Strategies for Survival
应该如何选择扩散策略来增加一个物种生存的可能性？我们得到的答案的空间扩展版本的三个著名的模型的两个竞争物种具有不等的扩散率。虽然相同的平均场水平，三个模型表现出截然不同的行为，导致不同的最佳生存策略，有或没有一个物种的选择优势。在总粒子数守恒的情况下，扩散对生存概率没有影响。在数量波动的情况下，如果存在种内竞争，则更快的扩散是有利的，而如果没有种内竞争，则移动较慢是处于不利地位的物种的最佳策略：必须包括波动以正确制定生存策略。
2020-06-07 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Survival benefits in mimicry: a quantitative framework
拟态是物种之间的相似性，至少对一个物种有利。这是一种普遍存在的进化现象，在被捕食物种中尤其常见，在这种情况下，优势包括更好地保护免受捕食。我们制定了一个数学描述的拟态之间的猎物物种，研究拟态的好处和缺点。基本设置涉及微分方程的数量代表捕食者的行为，即，概率攻击猎物在下一次遇到。使用这个框架，我们提出了新的定量结果，并提供了一个统一的描述的一个重要部分的定量模仿文学。新的研究结果包括被捕食物种之间的“暂时”互惠共生，以及模仿者生存利益最大的最佳密度。形式主义自然导致在几个方向上的扩展，如模仿的进化，模仿与种群动力学的相互作用等，我们证明了这种可扩展性，提出了一些探索时空格局动力学。
2008-09-02 q-bio.PE q-bio.QM
Non-local interaction effects in models of interacting populations
我们考虑两个相互作用的物种的种群的动力学模型，灵感来自Lotka-Volterra的经典方程。这项工作的新颖之处在于，相互作用项是非本地的，相互作用发生在一个有界的范围内。这些术语包括个体之间的竞争性种内相互作用和种间术语，我们考虑两种情况：竞争和捕食。结果表明，不仅非局域性诱导的空间结构，但也允许生存的物种时，由于捕食或竞争排斥灭绝的预期，甚至促进时空模式没有链接到最终的时间振荡在本地的情况下。在这项工作中，我们还探讨了一些有趣的细节行为的种群动力学，显示空间模式，干扰的方式，导致非平凡的结果。
2022-09-20 math.DS nlin.PS 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
An Empirical Process Interpretation of a Model of Species Survival
我们研究了Michael和Volkov最近提出的一个物种生存模型。我们将其解释为经验过程的一种变体，其中样本量是随机的，并且当减少时，最小数值的样本被移除。Micheal和Volkov证明了经验分布收敛于样本分布，条件是不低于某个阈值。我们证明了涨落的泛函中心极限定理。存在一个阈值，在该阈值以上，极限过程是高斯的，其方差由正常数限制，而在阈值处，它是半高斯的。
2012-10-03 math.PR q-bio.PE
Memory and mutualism in species sustainability: a time-fractional Lotka-Volterra model with harvesting
我们首先提出了一个两个物种的捕食者-食饵模型，然后将模型扩展到三个物种，其中两个捕食者物种进行互惠捕食。还纳入了持续努力捕捞和副渔获物问题的影响。研究了正平衡点存在和稳定的必要充分条件。结果表明，收获是可持续的，和记忆概念的分数阶导数阻尼的人口数量的振荡，使系统作为一个整体解决了一个平衡点比它会与整数时间导数。最后对所得结果给出了一些可能的物理解释。结果表明，稳定性需要在模型中的记忆概念。
2020-09-02 math.DS q-bio.PE
Survival of the Scarcer in Space
导致竞争物种灭绝或共存的动力学是生态学及其相关领域的一个重要问题。最近，Gabel等人[Phys.Rev.E87（2013）010101]提出了两个物种之间种内和种间竞争的模型，其中较稀少的物种（即，固定种群规模较小的物种（例如，具有竞争优势的物种）可能更能抵抗灭绝;后一项研究考虑的是没有空间变异的种群。在这里，我们验证了这种现象在空间分布的人口。我们将Gabel等人的模型推广到d维格子上，并从解析和数值两方面研究了d维格子的种群动力学。在孤立考虑的情况下，竞争力较强的物种比竞争力较弱的物种更接近灭绝阈值的情况下，空间中稀缺物种的生存得到了验证。稀有物种的生存条件，得到应用重整化群分析和蒙特卡罗模拟，在细节上不同的空间均匀的情况下发现的。模拟强调了入侵波的速度在决定竞争物种的生存时间。
2013-07-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Zero-one survival behavior of cyclically competing species
由于不可避免的波动，竞争物种的共存总是短暂的。在这封信中，我们研究了不同物种在循环竞争中的最终生存概率。我们表明，他们经常服从一个令人惊讶的简单，但不平凡的行为。在一个模型中，共存是中性稳定的，我们证明了一个强大的0 - 1定律：当三个物种之间的相互作用是（一般）不对称的，“最弱”的物种生存的概率，往往是一个大的人口规模，而其他两个保证灭绝。我们合理化我们的研究结果从随机模拟的分析方法。
2009-01-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
On the role of Allee effect and mass migration in survival and extinction of a species
我们使用相互作用的粒子系统，以探讨生存和灭绝的一个物种的殖民地位于每个网站的$\mathbb {Z}^d$。在所研究的四种模型中，当地种群中的个体可以繁殖、死亡或迁移到邻近的地点。我们证明，当当地人口密度小（Allee效应）时，死亡率的增加可能对生存至关重要，并且当Allee效应很强时，大群个体的迁移是避免灭绝的一种可能的解决方案。我们使用的吸引力和比较定向渗透，无论是证明灭绝的物种，或构造非平凡的不变测度为每个模型。
2012-05-14 math.PR q-bio.PE
Interplay of spatial dynamics and local adaptation shapes species lifetime distributions and species-area relationships
物种寿命和物种在空间的分布是相关的，因为具有良好的本地生存机会的物种有更多的时间来殖民新的栖息地和栖息在大面积的物种有更高的机会生存的本地干扰。然而，这两种分布在大多数独立的社区中进行了讨论。在这里，我们研究这两种模式，同时使用一个空间上明确的，进化的社区组装方法。我们提出并研究了一个元共生模型，由一个网格的补丁，其中每个补丁包含一个本地的食物网〈动〉<动>。物种的生存依赖于捕食和竞争的相互作用，这反过来又取决于物种的身体质量作为关键性状。该系统的演变是由于物种迁移到邻近的补丁，增加新种〈动〉<动>作为现有物种的修改，和当地灭绝事件。因此，每个局部食物网〈动〉<动>的结构以自组织的方式出现，作为这些过程的相对时间尺度的高度非平凡的结果。我们的模型产生了大量的各种复杂的，多营养网络，因此作为一个强大的工具，调查生态系统的长时间和大空间尺度。我们发现，所观察到的寿命分布和物种面积的关系类似于幂律在适当选择的参数范围内，从而同意定性与实证研究结果。此外，我们观察到强大的有限尺寸效应，和依赖的关系上的物种的营养水平。通过将我们的结果与文献中发现的简单中性模型进行比较，我们确定了负责指数值的特征。
2019-02-12 q-bio.PE
A homoclinic route to chaos in omnivore communities
School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）；School of Ecology, Sun Yat-sen University（中山大学生态学院）
该研究通过同guild捕食模型揭示了食杂群落中混沌现象的形成机制，展示了同源环分岔导致混沌的动态过程。
2025-11-28 nlin.CD q-bio.PE
Population density and vegetation resources influence demography in a hibernating herbivorous mammal
本研究以哥伦比亚地松鼠为对象，32年追踪发现种群密度和植被资源（NDVI评估）对其功能性状及种群统计率有复杂影响，为多环境变量整合研究提供证据。
2025-07-07 q-bio.PE
Effect of compositional fluctuation on the survival of bet-hedging species
了解不同物种在变化环境中的共存是群落生态学中的一个重要问题。赌注对冲是一种帮助物种在这种不断变化的环境中生存的策略。然而，对冲研究往往集中在预期的长期增长率的物种本身，忽视了与其他共存物种的竞争。在这里，我们研究的灭绝风险的赌注对冲物种与其他竞争。我们发现，有三个贡献的灭绝风险。第一种是通常的人口波动，由于在有限的人口随机繁殖和选择过程。第二，由于环境变化引起的种群增长率波动，可能会违反直觉地降低小种群的灭绝风险。除了这两个，我们揭示了第三个贡献，这是独特的赌注对冲物种，多样化成多种表型：人口的表型组成将随着时间的推移而波动，导致灭绝风险增加。我们比较这样的组成波动的人口和环境的贡献，显示它们如何有不同的影响灭绝的风险取决于人口规模，世代重叠，和环境的相关性。
2022-04-10 physics.bio-ph q-bio.PE
The ghost of ecology in chaos, combining intransitive and higher order effects
本文以波多黎各咖啡农场中受寄生蜂非线性影响的三种蚂蚁非传递性竞争系统为模板，用常微分方程模型揭示非传递性与高阶效应共存时会产生周期与混沌等复杂动力学。
2023-04-18 q-bio.PE
Hierarchical Model with Allee Effect, Immigration, and Holling Type II Functional Response
在本文中，我们讨论了一个层次模型的基础上，Ricker竞争模型。被认为是竞争资源的物种，可能会受到一个Allee效应，由于配偶限制，反捕食者警惕或侵略，合作捕食或资源防御，或社会温度调节。这些物种可以分为更优势种〈动〉<动>和不那么优势或"懦弱”的物种，或者只是作为捕食者和猎物。正在考虑的模型也有组件考虑到移民在这两个物种和一个更结构化的Holling II型功能性反应。局部和全局稳定性分析进行了讨论，并提供了模拟。我们还考虑人口统计随机性的物种由于环境波动的形式的维纳过程，我们表明，有条件下，存在一个全球性的解决方案，存在固定的分布，和强持久性的平均物种是可能的。我们还使用Wasserstein距离来证明随机性可以作为分歧参数。
2023-02-03 math.DS q-bio.PE
Non-equilibrium relaxation in a stochastic lattice Lotka-Volterra model
利用Monte Carlo方法研究了二维正方形格子上周期边界条件下的随机洛特卡-沃尔泰拉模型.如果（本地）的猎物承载能力是有限的，存在一个灭绝阈值的捕食者人口分离一个稳定的积极的两个物种共存阶段从一个非活动状态，其中只有猎物生存。保持所有其他利率固定，我们调查的非平衡松弛的捕食者密度在附近的临界捕食率。正如预期的那样，我们观察到临界减速，即，弛豫时间对捕食率的幂律依赖性，以及捕食者密度在灭绝临界点的代数衰减。数值确定的临界指数与定向渗流普适类的确定值一致。在捕食率突然变化到临界值之后，发现捕食者密度自相关函数的临界老化也受普适标度指数的影响。这种老化的缩放签名的活性吸收状态的相变出现在显着早于固定的临界幂律的时间，因此可以作为一个先进的指标（捕食者）人口的接近其灭绝阈值。
2016-03-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The Effect of Differentiation of Prey Community on Stable Coexistence in a Three-Species Food--Web Model
群体内捕食食物网广泛存在于自然生境中。它们的适应性和复原力行为是理解生态群落结构调整的主要因素。尽管IGP食物网的重要性，他们的行为，即使是最简单的3种系统还没有得到充分的探讨。一个基本的问题是如何增加的最低营养级的多样性影响的持久性更高的营养级在IGP的关系。我们分析了一个具有异质资源和IGP的三种群食物网〈动〉<动>模型。该模型由两个捕食者通过IGP关系直接耦合和通过资源竞争间接耦合组成。资源被细分为不同的亚种群。各亚群中的个体被捕食者以不同的速率吃草。我们考虑两个模型：一个IGP模块与固定的顶部捕食者和IGP模块与物种营业额。我们研究了增加丰富和不同的固定化（资源转移）率的捕食者和资源的稳定共存的效果。我们探讨如何从基本的3种模型的预测时，IGP模块扩展到多个资源亚群改变。我们调查哪些参数支持一个强大的共存在IGP系统。对于多个亚种群的资源的情况下，我们提出了一个数值比较的百分比的食物网稳定共存的不同维度的资源社区。在低固定（转移）率，我们的模型预测一个稳定的3种共存的中间富集，同时在高速率的一个大的一组稳定的平衡配置被发现为高富集以及。
2012-04-12 q-bio.PE
Self-organized patterns of coexistence out of a predator-prey cellular automaton
我们提出了一个随机的方法来模拟的动态共存的猎物和捕食者种群。假设共存空间被明确地细分为网格单元。每个细胞只能被每个物种的一个个体占据，或者可以是空的。该系统根据一组局部规则组成的概率元胞自动机随时间演化，这些规则描述了物种个体之间的相互作用，并模仿了出生，死亡和捕食过程。通过计算模拟，我们发现，根据模型的参数值，可以达到以下状态：一个猎物吸收状态和两种类型的活动状态。在其中一个，两个物种共存于一个固定的制度与人口密度恒定的时间。另一种活跃状态的特征是被捕食者和捕食者种群的局部耦合时间振荡。我们专注于自组织结构所产生的时空动力学的共存。我们确定了不同的空间模式的猎物和捕食者，并验证它们是亲密连接的时间共存行为的物种。的发生的猎物捕食集群的空间格局的活动状态也检查。
2006-04-24 q-bio.PE
Survival of the Scarcer
我们研究了两个竞争物种A和B的范式模型中的灭绝动力学，它们繁殖（A-->2A，B-->2B），通过湮灭进行自我调节（2A-->0，2B-->0），竞争（A+B-->A，A+B-->B）。对于一个有限的系统，是在良好的混合极限，出现一个准定态描述的两个物种的共存。由于离散噪声，这两个物种最终灭绝的时间是指数长的准静态人口规模。对于一个相当大的范围内的增长和竞争率的不对称性，出现的矛盾的情况下，根据确定性速率方程的数量上处于不利地位的物种生存更长的时间。
2012-12-27 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A novel procedure for the identification of chaos in complex biological systems
我们证明了混沌的存在，被广泛用于研究自然界中的生物多样性的随机模拟。调查涉及一组三个不同的物种，根据标准规则的流动性，繁殖和捕食，捕食遵循流行的石头，剪刀和布游戏的循环规则。该研究揭示了区分从略有不同的初始状态开始的时间演化的可能性，由汉明距离指导，该距离揭示了混沌行为。这一发现开辟了一个定量的方法，相关长度的平均密度的最大值的一个典型的物种，和一个合奏的随机模拟实施支持的程序。工作的主要结果显示了如何一个单一的和简单的实验实现，计数与物种的混沌进化相关的最大值的密度，以推断其相关长度。我们使用的结果来调查其他不同的复杂系统，一个处理一组微分方程，可以用来模拟各种各样的自然和人工混沌系统，另一个，专注于海洋水位。
2017-03-26 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.bio-ph
Perturbing cyclic predator-prey systems: how a six-species coarsening system with non-trivial in-domain dynamics responds to sudden changes
循环的捕食-被捕食系统已经被证明可以产生丰富的、新颖的时空模式，例如具有非平凡域内动力学的粗化域。在这项工作中，我们研究了数值响应的一个循环的六种模型，其特征在于形成的螺旋内粗化域，两种不同类型的扰动：改变捕食和繁殖率的值，以及改变的相互作用方案。对于这两个协议，我们监测系统的时间演变后，发病的扰动通过测量动态关联函数和空站点的时间依赖性密度。以这种方式，我们获得洞察到不同的扰动在一个系统中的螺旋，这是由于形成循环联盟，主导的动力学内的粗化域的复杂响应。
2018-11-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Indirect effects of primary prey population dynamics on alternative prey
我们开发了一个理论的通才捕食显示如何替代猎物物种的平均丰度和变化（变异系数）的捕食者的主要猎物的变化的影响。该理论的动机是间接影响的循环啮齿动物种群的地面繁殖的鸟类，并通过逐步分析简化的一个基于几何的模型。然而，它适用于许多其他系统中，主要猎物有快速的生活史，可以成为当地过剩，这有利于对替代猎物物种的影响。与经典的基于对称相互作用的表观竞争理论相反，我们的研究结果表明，捕食者对替代猎物的影响一般应随平均初级猎物丰度而降低，并随初级猎物变异性（低到高CV）而增加-除非捕食者具有较强的聚集反应，在这种情况下，这些结果可以逆转。近似模型，包括捕食者动态（一般数值响应可能的延迟）证实了这些结果，但进一步表明，捕食者和主要猎物之间的负时间相关性是有害的替代猎物。我们发现，在一般情况下，捕食者的数值响应是至关重要的预测生态系统的关键猎物物种表现出爆发的变化的反应，并扩展了明显的竞争/互惠理论的不对称相互作用。
2014-05-10 q-bio.PE
Impact of parity in rock-paper-scissors type models
我们调查的背景下，最简单的概括的石头剪刀布模型的任意数量的物种-我们认为模型的物种总数（$N_S$）在3和12之间，具有一个或多个（弱）物种的特征在于减少捕食概率（由一个因素的${\mathcal P}_w$相对于其他物种）的奇偶校验的丰富的弱物种的影响。我们表明，使用基于晶格的空间随机模拟与随机初始条件，大到足以共存占上风，奇偶效应是显着的。我们发现，弱物种的性能是依赖于是否总的物种数是偶数或奇数，特别是对$N_S \le 8$，奇数的物种是平均更有利于弱物种比偶数的。我们进一步表明，尽管在各个模型之间观察到显着的分散，但如果${\mathcal P}_w$足够小于1，则弱物种的平均丰度高于强物种--值得注意的例外是四个物种的情况。
2021-07-09 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Contact processes on fragmented domains
最近的研究发现，当破碎的栖息地通过狭窄的土地重新连接时，物种的生存率会提高[S。Pimm，和C. N. Jenkins，Am. Sci. { \bf 107}（3），162（2019）.]，本文研究了连接两个正方形区域的走廊对三种具有灭绝/生存相变的模型的生存时间的影响：基本接触过程（CP）、扩散接触过程和两种群共生接触过程（2SCP）。我们发现，连接区域通常会增加$λ\ge λ_c$的生存时间，其中$λ$是繁殖率，$λ_c$是其临界值。$λ$对存活时间的提高作用随时间的延长而增加，且以2SCP最大。
2021-12-30 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Performance of weak species in the simplest generalization of the rock-paper-scissors model to four species
我们调查的优势和“弱”物种的生存问题的背景下，最简单的推广的空间随机石头剪刀布模型，考虑模型，其中一个，两个或三个物种的捕食概率降低。我们表明，使用基于晶格的空间随机模拟与随机初始条件，如果只有一个四个物种的概率降低，那么最丰富的物种是猎物的“最弱”（假设模拟是足够大的共存占上风）。此外，在其余的情况下，我们提出的例子中，“弱”和“强”的物种有类似的平均丰度和其他人，其中任何一个占主导地位-最丰富的物种总是一个“弱”的物种，它保持一个单向的捕食者-猎物相互作用的猎物。然而，在对比的三物种模型，我们发现没有系统的差异，在全球的表现“弱”和“强”的物种，我们推测，同样的结果将举行，如果物种的数量进一步增加。我们还确定了作为晶格大小的函数的单个物种的生存和共存的概率，讨论其依赖于初始条件和对模型的动态变化，这导致从灭绝的物种之一。
2020-04-08 physics.soc-ph q-bio.PE
Survival and Extinction in Cyclic and Neutral Three--Species Systems
我们研究了ABC模型（A + B -> 2B，B + C -> 2C，C + A -> 2A）和它的对应模型：三分量中性漂移模型（A + B -> 2A或2B，B + C -> 2B或2C，C + A -> 2C或2A）。在前一种情况下，平均场近似具有由初始条件确定的幅度的循环行为。当考虑到随机现象时，振荡的幅度将漂移，最终三个物种中的一个和两个将灭绝。第二个模型在平均场近似下对所有初始条件保持稳定，而在考虑随机现象时会漂移。通过数值模拟并从Fokker-Planck方程的角度分析了两种模型的首次消光时间的分布。生存概率与时间的关系曲线显示指数衰减。对于中性模型的消光率是成反比的系统的大小，而循环模型表现出异常的行为小系统的大小。在大系统尺寸限制下，两种模型的消光时间将相同。这一结果与Fokker-Planck方程数值解所得到的最小本征值是一致的。我们还研究了概率分布的长期行为。指数衰减被发现是强大的对某些变化，如三个反应具有不同的速率。
2003-02-28 nlin.AO q-bio.PE
Survival of the Fittest and Zero Sum Games
在共存的物种之间，对可用资源的竞争是自然的，在进化过程中，最适者的竞争者占主导地位。使用一个简单的线性模型的动力学研究这种选择。它与量子计算的特征有相似之处，特别是导致相消干涉的守恒定律。与利他主义的情况相比，竞争引入了不稳定性，并在有限的时间内淘汰了较弱的物种。
2003-01-09 physics.bio-ph q-bio.PE quant-ph
On a geometric description of time dependent singular Lagrangians with applications to biological systems
我们认为某些分析功能的随机模型，可以解释除其他事项外，物种之间的竞争和同时捕食的竞争物种从几何的角度，允许系统的描述模型承认奇异拉格朗日。模型方程示出承认一个雅可比最后乘子，这反过来又允许建设的拉格朗日。拉格朗日量是奇异的性质，因此通过勒让德变换的哈密顿量的建设是不可能的。因此，模型的哈密顿描述需要引入狄拉克括号。明确的结果，提出了“杀死赢家”模型及其减少。
2021-01-27 nlin.SI q-bio.PE
Predator-prey survival pressure is sufficient to evolve swarming behaviors
Zhejiang University（浙江大学）；Westlake University（西湖大学）；Max Planck Institute of Animal Behavior（马克斯·普朗克动物行为研究所）；Univ. of Konstanz（康斯坦茨大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）
本研究提出基于多智能体强化学习的捕食者-猎物协同演化框架，仅靠生存压力奖励就能让双方涌现多样集体行为，为生物集体行为研究提供新见解并可应用于集群机器人。
2023-08-24 cs.MA cs.NE cs.RO
Adaptive survival movement strategy to local epidemic outbreaks in cyclic models
我们研究了五个物种的生物体面临当地疫情爆发的广义石头剪刀布游戏。作为一种进化行为的生存策略，物种中的一个生物体朝着敌人的敌人更多的方向移动，以免受选择的保护。我们认为，每一个生物体扫描环境，执行社会距离，而不是聚集时，感知到生病的生物体的密度高于一个可容忍的阈值。通过随机模拟，我们研究了适应性运动生存策略对空间格局形成的干扰，计算了每个物种生物栖息的典型空间域的特征长度尺度。我们计算了社交距离触发器如何影响一个人在循环游戏中被杀死并被疾病污染的机会。结果表明，由于生物的局部适应性，物种在循环博弈中占据优势。物种所占据的领土随着学会触发社会距离策略的个体比例的增长而增长。我们还表明，感知大距离的生物体更正确地执行适应策略，及时触发社交距离策略并选择正确的移动方向。我们的研究结果可能有助于理解环境变化威胁生物多样性时适应行为的作用。
2022-12-27 math.DS nlin.AO nlin.PS
Combination of survival movement strategies in cyclic game systems during an epidemic
疾病的爆发影响到许多生态系统，威胁着那些与其他天敌作战的物种。我们研究了一个循环博弈系统与$5$物种，其生物体的竞争根据一个广义的空间石头剪刀布游戏的规则，在流行病。我们研究的行为运动策略的影响，使个人的一个物种的疾病媒介的低密度和高浓度的敌人的敌人向地区移动。我们进行了一系列的随机模拟，以发现自我保护策略在模式形成的影响，计算物种的空间自相关函数。考虑到生物体具有不同的身体和认知能力，我们计算每种运动策略的好处，以减少选择和感染风险。我们的研究结果表明，在循环游戏中的领土优势方面的最大利润是实现的，如果两个生存运动策略相结合，与个人优先社会距离。在引起症状性疾病的流行病的情况下，当生物体识别和避免疾病媒介时，感染风险的下降并没有使物种数量增加，因为许多避难所被忽视，限制了抵御天敌的好处。我们的研究结果可能有助于理解生态系统中生物适应生活条件变化的行为策略。
2022-05-11 nlin.AO nlin.PS physics.bio-ph
Hamming distance and mobility behavior in generalized rock-paper-scissors models
这项工作的两个相关的随机模拟研究，广泛用于研究生物多样性和其他相关问题的报告。我们首先讨论了物种数目和格点大小增加时汉明距离的行为，然后研究了物种的移动性对生物多样性的危害.调查的基础上的标准规则的繁殖，流动性和捕食或竞争，这是由具体的规则，指导下的石头剪刀布游戏，有效的情况下，三个物种的推广。汉明距离的结果表明，它产生普遍的行为，独立于物种的数量和正方形晶格的大小。流动性的结果证实了预测，它可能会破坏多样性，如果它增加到越来越高的值。
2017-11-07 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.bio-ph
On the relationship between cyclic and hierarchical three-species predator-prey systems and the two-species Lotka-Volterra model
我们的目的是澄清相互作用的三种群模型和两种群Lotka-Volterra（LV）模型之间的关系。利用平均场理论和二维正方格子上的Monte Carlo模拟，研究了两种不同的三种群捕食-食饵相互作用系统的时间演化特征：（1）总粒子数守恒但反应速率强烈不对称的循环石头剪刀布（RPS）模型，该模型使系统向构型空间的一角演化;（2）在LV模型中，在捕食者和被捕食者之间插入一个中间种群的分层食物链〈动〉<动>。对于模型变体（1），我们证明了LV系统很好地近似了这个随机空间三种群角RPS模型稳态下两个少数种群的进化特性，其新兴的特征是局部种群聚集，持续振荡动力学，相关的时空模式，以及通过捕食率中的淬灭空间无序增强适应度。相比之下，我们不能确定任何制度的层次模型（2）将减少到两个物种的LV系统。在存在对交换过程的情况下，系统基本上保持良好的混合，我们通常发现空间扩展模型（2）的Monte Carlo模拟结果与相应的平均场速率方程的预测一致。如果传播只发生通过最近的邻居跳，小人口集群出现，但中间物种集群的要求显然破坏捕食者和猎物之间的时空相关性，并相应地消除了许多有趣的波动现象的特点随机空间LV系统。
2012-02-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Single-species population models with age structure and psychological effect in a polluted environment
本文研究污染环境下具年龄结构与心理效应的单种群模型，通过Lyapunov理论分析确定性系统稳定性，并引入白噪声建立随机模型，证明了正解存在性及种群长期生存的充分条件。
2024-02-20 q-bio.PE
Spatial eco-evolutionary feedbacks mediate coexistence in prey-predator systems
生态进化框架可以解释生态和进化过程发生在可比时间尺度上的群落的某些特征。在这里，我们调查是否演化动力学可能相互作用的空间结构的捕食者-捕食者社区中，这两个物种表现出有限的流动性和捕食者的感知范围受到自然选择。在这些条件下，我们的研究结果揭示了生态进化之间的反馈物种的空间混合和捕食者的感知范围：不同水平的混合选择不同的感知范围，这反过来又重塑猎物的空间分布及其与捕食者的相互作用。这种种间互动的新兴模式反馈到各种感知范围的效率，从而选择新的。最后，由于捕食混合的关键因素，调节捕食的强度，我们探讨了社区层面的影响，这种反馈，并表明它控制共存时间和物种灭绝概率。
2019-11-15 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.PE
Innate behavioural mechanisms and defensive traits in ecological models of predator-prey types
本文构建了具有诱导型防御的捕食者-猎物模型，并扩展至含扩散和taxis的时空模型，揭示了防御水平、干扰率、处理率及初始种群对系统稳定性、双稳态和斑图形成的影响。
2025-01-03 q-bio.PE
Competing associations in six-species predator-prey models
我们研究了一组六种群生态模型，其中每个种群有两个捕食者和两个食饵。在一个正方形格子的时间演化是由相邻的捕食者-被捕食者之间的随机选择的迭代入侵和中性对之间的概率Xs的网站交换。这些模型涉及自发形成不同防御联盟的可能性，这些联盟的成员相互保护免受外部入侵者的侵害。Monte Carlo模拟显示了令人惊讶的丰富多样的稳定的空间分布的物种和随后的相变时，调整控制参数Xs。这些非常简单的模型能够证明，这些协会之间的竞争影响他们的组成。有时，主导的关联是通过域增长发展的。在其他情况下，越来越大的入侵过程先于一个稳定社团的流行。在一定条件下，群丛之间的循环优势可以维持所有物种的生存。
2005-07-13 q-bio.PE
