КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ГИДРОЭКОЛОГИЯ: методы системной идентификации

Трудных наук нет, есть только трудные изложения. А.И. Герцен.

Часть материалов сайта доступна только подписчикам. На период подписки они имеют возможность оперативной консультации по статистическому анализу биомедицинских данных. Запрос на подписку направляйте редактору БИОМЕТРИКИ.

Российская академия наук
Институт экологии Волжского бассейна

В.К. ШИТИКОВ, Г.С. РОЗЕНБЕРГ,
Т.Д. ЗИНЧЕНКО

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ГИДРОЭКОЛОГИЯ:
методы системной идентификации

Тольятти
2003

Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. – 463 с.

УДК 574.5 + 578.087.1 + 51.001.572
ISBN 5-93424-109-5

В книге рассматриваются современные теоретические концепции биоиндикации применительно к экологическому мониторингу пресноводных водоемов. Предлагаются структурные схемы функционального и информационного описания экологических систем и приводится расширенный обзор методов их математического моделирования.
Дан развернутый литературный обзор существующих методик нормирования и классификации водоемов по гидрохимическим, экологическим и комбинированным показателям. Приводятся конкретные расчетные формулы и таблицы, описывающие ГОСТируемые и традиционно употребляемые методы оценки качества вод, что дает возможность использовать монографию в качестве справочного пособия. Подробно обсуждаются критерии и расчетные индексы, применяемые в гидробиологических исследованиях.

Многомерный статистический анализ, алгоритмы распознавания образов и искусственного интеллекта рассматриваются в книге как аппарат решения конкретных задач гидроэкологического мониторинга. Приводится теоретическое обоснование широкого набора математических методов, расчетные формулы и описание процедур оценки адекватности моделей. Методическая часть подробно иллюстрируется расчетами, выполненными на основе единого массива исходных измерений, сформированного по данным мониторинга донных организмов на малых реках степной и лесостепной зон Среднего Поволжья.
Книга ориентирована на широкий круг специалистов в области гидробиологии, экологии, охраны окружающей среды, рационального использования ресурсов водоемов. Может быть ис-пользована в качестве учебного пособия по прикладной математике для студентов экологического профиля.
Табл. 109. Ил. 98. Библиогр. 764 назв.

Рекомендована к печати Ученым советом ИЭВБ РАН

Рецензенты:
Д.Б. Гелашвили, доктор биологических наук, профессор (г. Нижний Новгород)
И.А. Евланов, доктор биологических наук, профессор (г. Тольятти)

445003 Россия, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Комзина, 10
Институт экологии Волжского бассейна РАН
Тел., факс: (8482) 489-504, e.mail: ecolog@attack.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ	5
ЧАСТЬ 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ	12
Глава 1. Экологический мониторинг и биоиндикация: сущность, формы реализации и концепции развития	12
1. 1. Определения и классификация систем мониторинга окружающей среды	12
1. 2. Биоиндикация как поиск информативных компонентов экосистем	15
1. 3. Анализ экологических воздействий ( приемы природоохранной экспертизы)	18
1. 4. Концепции нормативов и критических нагрузок	24
1. 5. Общий подход к оценке комбинированного действия факторов	30
1. 6. Информационные системы экологического мониторинга	34
1. 7. Примеры использования ГИС-технологий в экологии	42
Глава 2. Методы математического моделирования экологических систем	48
2. 1. Основные понятия системной экологии	48
2. 2. Экосистема как объект математического моделирования	55
2. 3. Информационное описание экосистем: показатели, "индексы" и шкалы их измерения	64
2. 4. Математические модели в экологии	69
2. 5. Аналитические и имитационные модели	75
2. 6. Эмпирико-статистические модели	78
2. 7. Оценка качества водных экосистем по многомерным эмпирическим данным	91
2. 8. Методы и модели искусственного интеллекта	97
ЧАСТЬ 2. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ	106
Глава 3. Факторы и критерии оценки качества вод пресноводных водоемов	106
3. 1. Сущность проблемы нормирования качества вод (основные термины и понятия)	106
3. 2. Санитарно-гигиенический подход к нормированию качества вод	110
3. 3. Общеэкологический подход к нормированию качества вод	114
3. 4. Подходы к созданию многофакторных систем классификации водоемов	120
3. 5. Методики оценки качества водоемов по комплексу гидрохимических показателей	125
3. 6. Методики комбинированных оценок качества воды с использованием гидрохимических и гидробиологических показателей	129
3. 7. Оценка качества воды с использованием альфа-метода проверки статистических гипотез	146
Глава 4. Критерии оценки качества вод по данным гидробиологического анализа	150
4. 1. Современные концепции биомониторинга водных экосистем	150
4. 2. Оценка качества экосистемы по соотношению показателей обилия	157
4. 3. Оценка качества экосистемы по индексам видового разнообразия	160
4. 4. Классификация водоемов и биоценозов по сапробности	169
4. 5. Оценка качества экосистемы по соотношению количества видов, устойчивых и неустойчивых к загрязнению	180
4. 6. Интегральные критерии: оценка качества экосистем по нескольким показателям	183
4. 7. Оценка видового сходства биоценозов	190
4. 8. Основы продукционной гидробиологии	194
ЧАСТЬ 3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ В ГИДРОБИОЛОГИИ: ЗАДАЧИ И РЕШЕНИЯ	204
Глава 5. Задачи о выборках: анализ распределений, сравнение, поиск зависимостей	204
5. 1. Задача о законе распределения гидробиологических показателей	206
5. 2. Задача об однородности выборок: однофакторный дисперсионный анализ	218
5. 3. Теория и практика двухфакторного дисперсионного анализа	229
5. 4. Непараметрические критерии для оценки однородности выборок	234
5. 5. Задача о законе влияния фактора: линейный регрессионный анализ	241
5. 6. Непараметрическая корреляция и регрессия	255
Глава 6. Таблицы сопряженности и «интервальная» математика	259
6. 1. Оценка зависимости признаков в таблицах сопряженности	259
6. 2. Нелинейность отношений и «уиттекеровские» колокола	266
6. 3. Интервальные и бинарные структуры	274
6. 4. Нахождение пороговых значений с использованием детерминационного анализа	279
Глава 7. Задачи о классификациях: отношения сходства и порядка для многомерных объектов	284
7. 1. Техника выделения ассоциаций по Браун-Бланке	284
7. 2. Задача о статистической связи: корреляционный анализ признаков и объектов	289
7. 3. Задача о разбиении на группы: кластерный анализ	297
7. 4. Оценка различий многомерных комплексов наблюдений	302
7. 5. Задача о снижении размерности многомерного пространства: факторный анализ	307
7. 6. Метод многомерного шкалирования	315
7. 7. Общая методика анализа водных объектов по многомерным данным идробиологического мониторинга (вместо резюме)	317
Глава 8. Задачи о классе качества вод: прогноз отклика по многомерным эмпирическим данным	323
8. 1. Модель множественной регрессии	323
8. 2. Регрессия с качественной зависимой переменной	332
8. 3. Дискриминантные функции для классификации многомерных объектов	339
8. 4. Задача о «классобности» видов: алгоритм распознавания, основанный на вычислении биоиндикационых индексов	347
8. 5. Задача о двух классах и разделяющей гиперплоскости: метод «обобщенного портрета»	359
8. 6. Задача об ассоциативности видов: алгоритм формирования логических высказываний	369
Глава 9. На пути к интеллектуальным биоиндикационным системам	372
9. 1. Классификация наблюдений с использованием иерархических деревьев решений	372
9. 2. Генетический алгоритм селекции информативных переменных	376
9. 3. Многорядный алгоритм МГУА для оценки качества вод	381
9. 4. Нейросетевое моделирование: многослойный персептрон	385
9. 5. Решение задач регрессии с помощью нейросетей различной архитектуры	397
9. 6. Обучение «без учителя»: нейросети Кохонена	402
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	406
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Л.Ф.Сердюцкая, И.П.Каменева. Модели водных экосистем и их фазовые портреты (на примере модели круговорота азота в Куйбышевском водохранилище)	408
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. С.П.Крестин. Модель трансформации азотсодержащих веществ Куйбышевского водохранилища	420
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Виртуальный разговор авторов с рецензентами	426
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ИНТЕРНЕТ-ССЫЛОК	442

Возврат на главную страницу

Возврат на главную страницу.

Возврат в КУНСТКАМЕРУ.