5. Моделювання динаміки екосистем

Існує три основні методи моделювання екосистем: 1. Стохастичний метод «чорної скриньки» (застосування класичної теорії систем). Передбачається, що на детерміновані зв'язки усередині системи повсюдно накладаються стохастичні явища. Велика роль тут належить оцінці експериментальних даних про стан системи.

Детермінований автомат — математична модель системи, стани якої змінюються в дискретні моменти часу, причому кожний стан системи повністю визначається попереднім станом і вхідним сигналом. Детермінований автомат формально описується у вигляді функції f (si, aj) = ak, де si — вхідний сигнал, а aj — попередній стан. Типовий приклад Детермінованого автомата — цифрова обчислювальна машина, в якій стан всіх регістрів і осередків визначається їх попереднім станом і вхідними сигналами. Детермінований автомат є природною формою опису логічної структури дискретних обчислювальних пристроїв. Перехід до недетермінірованих автоматів можливий як шляхом введення ймовірностей зміни станів, так і за допомогою вільного вибору наступного стану.

2. Детерміністичний імітаційний метод (використання класичних методів для вивчення екосистем). Динаміка кожного процесу вивчається за допомогою експериментів, яким відповідають диференціальні рівняння, що входять до одної загальної моделі системи. Модельні експерименти для перевірки різних теоретичних припущень щодо екзогенних явищ і ендогенних змін стану системи Екзогенні процеси зумовлені головним чином впливом зовнішніх сил: енергією сонячної радіації, силою тяжіння тощо грец. exo — зовні + genes — породжує, народжений (від ендо … і … ген), внутрішнього походження, чинний всередині чого-небудь, той що пояснюється внутрішніми причинами; виникає внаслідок внутрішніх причин, виконуються за допомогою комп'ютера. 3. Кібернетичний метод (підхід до екосистеми як до системи, що сама оптимізується).

При дослідженні екологічних процесів і систем, що характеризуються взаємозв'язком детермінованих і стохастичних процесів, використовуються відповідним чином модифіковані методи, розроблені та апробовані в теоретичній і прикладній кібернетиці. Зміни в стані системи відтворюються на комп'ютері.

Потреба сучасного етапу розвитку кількісної екології — повернення довіри біологів до досліджень математиків, усунення внутрішніх суперечностей у застосуванні точних методів. Одним з перспективних способів її розвитку є проведення комплексних досліджень: від вибору об'єкту моделювання, аналізу вихідної біологічної інформації, обгрунтування детальної базової (імітаційної) моделі до побудови набору взаємопов'язаних і взаємодоповнюючих моделей, як імітаційних, так і аналітичних.

Ефективність комплексних досліджень заснована на симбіозі двох підходів, на поєднанні «діалогових™» імітаційних систем і «прозорості» аналітичних моделей. В результаті таких досліджень може бути подолано традиційну недовіру біологів до аналітичних моделей, за допомогою обгрунтування їх придатності для процесу редукції базових імітаційних моделей, тих моделей, через які здійснюється безпосередня взаємодія з експертами-біологами, з вихідним фактологічним і концептуальним матеріалом.