小米米象群落發(fā)展趨勢(shì)及智能體仿真

王瑛, 段永鵬, 焦帆, 楊婷婷, 劉振宇*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院, 太谷 030801; 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院, 太谷 030801)

米象[Sitophilusoryzae(Linnaeus)]作為公認(rèn)的糧食儲(chǔ)藏物害蟲(chóng)[1],主要通過(guò)取食糧食籽粒進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育,并產(chǎn)生蟲(chóng)卵。米象從卵、幼蟲(chóng)到成蟲(chóng)階段都在糧食內(nèi)部生活,對(duì)糧食籽粒的危害極大,主要表現(xiàn)為糧食籽粒部分以及整體殘缺、籽?？斩疵黠@以及米象群落代謝所造成的籽粒污染,導(dǎo)致糧食加工和食用品質(zhì)嚴(yán)重下降[2-3]。此外,米象群落在適宜的生長(zhǎng)條件下會(huì)大量繁殖,米象集中聚集,導(dǎo)致糧食內(nèi)部持續(xù)發(fā)熱,最高溫度可以達(dá)到38 ℃以上[4]。為了探究糧食儲(chǔ)藏物害蟲(chóng)在適宜溫濕度條件下對(duì)糧食造成的危害,Campbell等[5]以谷蠹和米象兩種糧食儲(chǔ)藏物害蟲(chóng)為代表,在溫度為(30±1)℃,相對(duì)濕度在70%±2%的條件下感染單粒小麥,研究結(jié)果表明谷蠹和米象主要取食小麥的胚和胚乳,小麥被米象侵害從卵期一直持續(xù)到蛹期,其小麥重量下降了60%。因此,米象對(duì)糧食的危害不容忽視。

小米中的米象是隨機(jī)分布的,如果可以建立米象群落發(fā)展的預(yù)測(cè)模型,準(zhǔn)確高效地預(yù)測(cè)米象去群落的發(fā)展趨勢(shì),就可以提早做出有效措施,在初期抑制米象的發(fā)展。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法主要以經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)和試驗(yàn)預(yù)測(cè)為主,但預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度較差,效率較低。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,元胞自動(dòng)機(jī)在交通流預(yù)測(cè)[6-7]、森林火災(zāi)動(dòng)態(tài)模擬[8]、非洲豬瘟傳播模擬[9]和種群演化模擬[10]等仿真分析中得到廣泛應(yīng)用,驗(yàn)證了元胞自動(dòng)機(jī)在動(dòng)態(tài)模擬預(yù)測(cè)中的準(zhǔn)確性。Sequeira等[11]在使用元胞自動(dòng)機(jī)預(yù)測(cè)散白蟻對(duì)草地感染風(fēng)險(xiǎn)中證明,在事件發(fā)生之前對(duì)草地感染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)是在可持續(xù)蟲(chóng)害管理框架內(nèi)進(jìn)行決策的一個(gè)非常有價(jià)值的工具等。Huynh等[12]的研究表明,元胞自動(dòng)機(jī)模型在研究遷移、天敵和殺蟲(chóng)劑對(duì)褐飛虱在田間的傳播是一項(xiàng)高度可行的研究。王燕梅[10]將元胞自動(dòng)機(jī)與多智能體結(jié)合,構(gòu)建雙種群共生演化模型,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的種群演化模擬。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)群落的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)研究,通過(guò)對(duì)群落相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí),建立群落間相互關(guān)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,進(jìn)而預(yù)測(cè)群落的發(fā)展趨勢(shì),但是在種群動(dòng)態(tài)演化模擬中,元胞自動(dòng)機(jī)更能體現(xiàn)出優(yōu)越性。因此,現(xiàn)對(duì)于米象群落復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜規(guī)則研究,使用元胞自動(dòng)機(jī)模型,將其融入米象群落模型之中,體現(xiàn)出更好的優(yōu)越性,提高米象群落發(fā)展模型模擬的仿真效率。通過(guò)對(duì)米象群落發(fā)展過(guò)程的處理與分析,揭示米象群落發(fā)展趨勢(shì),為糧食儲(chǔ)藏相關(guān)研究奠定理論基礎(chǔ)。

1 基本理論

1.1 元胞自動(dòng)機(jī)模型

元胞自動(dòng)機(jī)模型(cellular automata,CA)是一種定義在網(wǎng)格上的元胞和有限的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),該模型將時(shí)間、空間和狀態(tài)離散化,局部空間會(huì)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行變化。元胞自動(dòng)機(jī)模型通過(guò)抽象化來(lái)定義某個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)[13-14],進(jìn)而對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)演化過(guò)程模擬。

在元胞自動(dòng)機(jī)模型中,主要由元胞、狀態(tài)、鄰居、規(guī)則和時(shí)間5個(gè)部分組成,模型將復(fù)雜的系統(tǒng)分解,用多個(gè)元胞進(jìn)行代替,系統(tǒng)中的相鄰元胞有一定的關(guān)系將其連接,提供在模型中制定相應(yīng)的規(guī)則,大量元胞會(huì)在這些規(guī)則下進(jìn)行更新,不僅可以簡(jiǎn)化分析過(guò)程,而且可以得到較好的仿真效果,具有良好的穩(wěn)定性與可靠性[15]。具體來(lái)說(shuō),元胞自動(dòng)機(jī)模型的運(yùn)算規(guī)則為:某元胞在下一個(gè)時(shí)刻(t+1)時(shí)的狀態(tài)與該元胞(t)時(shí)刻的狀態(tài)和相鄰元胞狀態(tài)共同決定,公式形式表示為

St+1=f(Rt,Nt)

(1)

式(1)中:St+1為下一時(shí)刻元胞的狀態(tài);Rt為該元胞t時(shí)刻的狀態(tài);Nt為該元胞在t時(shí)刻下鄰近范圍的情況;f()為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換規(guī)則函數(shù)。

1.2 基于智能體的元胞自動(dòng)機(jī)仿真理論

基于智能體(Agent)和元胞自動(dòng)機(jī)(CA)的建模方法在交通、生物、化學(xué)、社會(huì)學(xué)、環(huán)境學(xué)等很多領(lǐng)域的仿真研究中,均取得了非常有價(jià)值的研究成果[16-22]。但是在兩種建模方法的應(yīng)用過(guò)程中,其缺點(diǎn)也逐漸凸顯出來(lái)。元胞自動(dòng)機(jī)模型在仿真過(guò)程中規(guī)則相對(duì)單一,智能體模型在計(jì)算過(guò)程中運(yùn)行速度相對(duì)較緩。因此,兩種方法的集成是對(duì)各自缺陷的彌補(bǔ)。在仿真研究中,智能體和元胞自動(dòng)機(jī)相結(jié)合為復(fù)雜系統(tǒng)提供了新的研究方法,其建模方法逐步應(yīng)用到復(fù)雜系統(tǒng)中[23]。在智能體模型中,智能體可以代表一個(gè)實(shí)體,既可以感知環(huán)境信息,也可以做出決策。基于智能體建模思想,通過(guò)定義個(gè)體與局部模型及其相互間的關(guān)系完成對(duì)系統(tǒng)的描述。在集成的模型中,元胞布滿(mǎn)整個(gè)網(wǎng)格,且均勻地分布。智能體則根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分布在系統(tǒng)中,并且基于規(guī)則來(lái)計(jì)算下一時(shí)刻的狀態(tài)。

目前,基于智能體和元胞自動(dòng)機(jī)相結(jié)合的建模理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用到諸多領(lǐng)域。智能體代表的實(shí)體對(duì)系統(tǒng)做出決策,元胞自動(dòng)機(jī)模型模擬系統(tǒng)的變化。不同智能體之間的決策行為會(huì)互相影響,元胞自動(dòng)機(jī)模型根據(jù)相應(yīng)的影響規(guī)則使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變?；谏鲜鲋悄荏w和元胞自動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),可以提出一種用于研究小米米象群落發(fā)展的模型框架。

2 研究方法

2.1 小米米象群落發(fā)展智能體模型構(gòu)建

小米米象群落發(fā)展是智能體群落的生存問(wèn)題,是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,米象成蟲(chóng)和非成蟲(chóng)生活在同一區(qū)域里,會(huì)造成空間和小米等資源的消耗,導(dǎo)致小米品質(zhì)下降。因此,建立一個(gè)二維和三維網(wǎng)格世界進(jìn)行建模,用單個(gè)網(wǎng)格模擬單個(gè)智能體。對(duì)于預(yù)測(cè)谷物中的多種害蟲(chóng),將每一個(gè)單智能體網(wǎng)格分別定義為不同的害蟲(chóng)。元胞空間由這些單個(gè)智能體所組成,在空間內(nèi)加入溫濕度因素以及演化規(guī)則,可以更加直觀地模擬兩個(gè)種群間的演化過(guò)程,判斷米象智能體群落的未來(lái)的演化方向?；诿紫笕郝浒l(fā)展趨勢(shì)的可變性,使用擴(kuò)展摩爾型領(lǐng)域主要研究小米米象群落發(fā)展關(guān)系[10],其領(lǐng)域如圖1所示。

圖1 擴(kuò)展摩爾型元胞自動(dòng)機(jī)Fig.1 Extended Molar cellular automata

該類(lèi)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Smoore=ui=(uix,uiy)‖uix-upx|≤r,

|uiy-upy|≤r,(uix,uiy)∈Z2

(2)

式(2)中:ui為中心元胞;uix和uiy為中心元胞的位置;upx和upy為其鄰居元胞的位置;r為元胞半徑;Z為當(dāng)前元胞的鄰居集合。

2.1.1 領(lǐng)域范圍及更新規(guī)則

根據(jù)元胞自動(dòng)機(jī)理論,元胞下一時(shí)刻的狀態(tài)由該時(shí)刻自身及鄰域內(nèi)元胞狀態(tài)決定;在智能體理論中,智能體的下一時(shí)刻狀態(tài)由自身狀態(tài)以及感知信息決定。將兩者結(jié)合起來(lái)考慮,即將智能體的感知范圍作為鄰域范圍。元胞的更新規(guī)則通過(guò)智能體行為決策模型來(lái)統(tǒng)一實(shí)現(xiàn),在設(shè)計(jì)行為決策模型時(shí)充分考慮智能體群落的差異性以及各自的發(fā)展?fàn)顟B(tài),以實(shí)現(xiàn)模擬小米米象群落發(fā)展行為規(guī)律特征,總結(jié)出群落中個(gè)體的基本行為,利用行為規(guī)則等方法生成這些基本行為,再通過(guò)行為融合生成更為復(fù)雜的行為,根據(jù)行為選擇機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)群落中個(gè)體根據(jù)感知和自身狀態(tài)決策自身行為的機(jī)理。

2.1.2 發(fā)展方向與時(shí)間步長(zhǎng)

傳統(tǒng)的智能體和元胞自動(dòng)機(jī)模型中,一般采用8個(gè)方位來(lái)代表智能體的發(fā)展方向,而且每個(gè)步長(zhǎng)的速度固定。為體現(xiàn)米象群落發(fā)展的真實(shí)性,規(guī)定發(fā)展的速度是可變的,范圍為0～10 cm/d,群落根據(jù)感知信息及自身狀態(tài)決策下一步的發(fā)展速度大小和方向以及采取何種行為[24]。如圖2所示的中心網(wǎng)格是米象個(gè)體質(zhì)心智能體的發(fā)展區(qū)域。

圖2 米象群落下一步可能的發(fā)展方向Fig.2 The next possible development direction of the Sitophilus oryzae community

用時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)描述小米米象群落的發(fā)展情況。仿真時(shí)間步長(zhǎng)的聯(lián)系公式為

(3)

式(3)中:a為元胞邊長(zhǎng);vmax為最大移動(dòng)速度。

2.1.3 模型假設(shè)

假設(shè)這個(gè)復(fù)雜的生命系統(tǒng)在最初的時(shí)候有一定數(shù)量的資源,并且這些資源均勻離散的分布在每個(gè)元胞格中[24]。米象群落的所有個(gè)體的生命活動(dòng)都會(huì)消耗一定數(shù)量的資源,同時(shí)在演化過(guò)程中,元胞自動(dòng)機(jī)空間內(nèi)會(huì)以一定的概率產(chǎn)生一定數(shù)量的資源。假設(shè)米象成蟲(chóng)和非成蟲(chóng)智能體個(gè)體同時(shí)只能占據(jù)一個(gè)元胞格,有資源的元胞空間會(huì)以一定的概率產(chǎn)生新的智能體個(gè)體。還需要將環(huán)境抽象成S=Sx×Sy(Sx,Sy∈U)的二維網(wǎng)格,以及T=Tx×Ty×Tz(Tx,Ty,Tz∈V)的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu),米象智能體群落A和群落B的每個(gè)個(gè)體都只能占據(jù)一個(gè)元胞格。

因此定義系統(tǒng)的空間狀態(tài)為

Pf=(0,1,2)=(void,agentA,agentB)

(4)

式(4)中:0為一個(gè)空的元胞(void);1為米象非成蟲(chóng)智能體群落A(agentA);2為米象成蟲(chóng)智能體群落B(agentB)。

2.1.4 小米米象群落發(fā)展規(guī)則的制定

根據(jù)模型思想,將小米米象群落的發(fā)展定義成概率型,因此,采用概率參數(shù)中的出生率和存活率等形式進(jìn)行小米米象群落發(fā)展仿真模擬。實(shí)驗(yàn)中元胞運(yùn)行狀態(tài)如表1所示,米象群落發(fā)展對(duì)元胞狀態(tài)演變規(guī)則具體總結(jié)如下。

表1 小米米象群落發(fā)展運(yùn)行狀態(tài)Table 1 Development and operation status of Sitophilus oryzae community

(1)出生率:在米象智能體群落發(fā)展過(guò)程中,以P1作為群落的出生率。

(2)存活率:P2為米象智能體群落A中由卵變?yōu)槌上x(chóng)的概率;P3為成蟲(chóng)存活的概率;P4為米象智能體群落B中成蟲(chóng)存活的概率。

當(dāng)狀態(tài)為0時(shí),元胞為空;當(dāng)狀態(tài)為1時(shí),系統(tǒng)狀態(tài)下的空地會(huì)以出生率P1產(chǎn)生智能體A,并且周?chē)兄悄荏wB的數(shù)量大于0;狀態(tài)為2時(shí)有兩種情況:一是此時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)為智能體A存活,并且以概率P2在元胞自動(dòng)機(jī)空間中繼續(xù)發(fā)展,還有一種就是此時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)為智能體B存活,并且以概率P3在元胞自動(dòng)機(jī)空間中繼續(xù)發(fā)展。

基于以上小米米象群落發(fā)展規(guī)則,制定米象群落智能體發(fā)展規(guī)則如式(5)所示,設(shè)定的參數(shù)是假定對(duì)于溫度和濕度的影響忽略不計(jì)[25]。

2.1.5 溫濕度條件下的小米米象發(fā)展規(guī)則

米象智能體群落在發(fā)展過(guò)程中會(huì)消耗一定的資源,同時(shí)隨著溫濕度的改變,系統(tǒng)中的資源總量隨著時(shí)間的變化而變化,最終表現(xiàn)為小米米象群落的發(fā)展變化。為了進(jìn)一步研究溫濕度對(duì)小米米象發(fā)展的影響,對(duì)上述智能體模型進(jìn)行改進(jìn),使模型更加符合小米米象的發(fā)展趨勢(shì)。米象在相對(duì)濕度70%的條件下,溫度為30 ℃時(shí),完成一個(gè)發(fā)育周期僅需26 d[26]。當(dāng)溫濕度不適宜米象群落發(fā)展時(shí),米象個(gè)體就會(huì)逐漸死亡。因此為了方便研究元胞格內(nèi)米象群落發(fā)展變化情況,定義在不同溫濕度條件下小米米象群落智能體發(fā)展規(guī)則如式(6)所示。

式(6)中:0為溫濕度均不適宜米象群落發(fā)展,1為溫濕度有一項(xiàng)不適合米象群落發(fā)展,2為溫濕度均適合米象群落發(fā)展;t為當(dāng)前溫度;h為當(dāng)前濕度。

3 實(shí)例模擬與對(duì)比分析

3.1 小米米象群落發(fā)展趨勢(shì)試驗(yàn)對(duì)比分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)小米米象群落發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行仿真,目的是對(duì)有限空間內(nèi)小米米象發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究,小米米象群落發(fā)展空間為30 cm×30 cm×30 cm的試驗(yàn)箱,并通過(guò)照相機(jī)定期對(duì)其進(jìn)行拍照錄像,在試驗(yàn)過(guò)程中觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)米象群落在溫濕度均不適宜生存情況下,米象蟲(chóng)卵不再生長(zhǎng)發(fā)育,幼蟲(chóng)死亡,群落滅亡;當(dāng)溫度適宜濕度不適宜條件和溫度不適宜濕度適宜條件下小米米象群落生長(zhǎng)但基本不繁殖,最后逐漸死亡;當(dāng)溫濕度均適合小米米象群落發(fā)展的情況下,米象群落快速生長(zhǎng)發(fā)育,繁殖速度加快,群落逐漸壯大。部分發(fā)展過(guò)程如圖3所示。

圖3 不同溫濕度下小米米象群落發(fā)展過(guò)程Fig.3 Development process of Sitophilus oryzae community under different temperature and humidity

3.2 模擬與分析

3.2.1 小米米象群落發(fā)展的2D仿真分析

在對(duì)上述試驗(yàn)進(jìn)行2D仿真過(guò)程中,分別設(shè)置溫濕度均不適合米象群落發(fā)展、溫度適合濕度不適合米象群落發(fā)展、溫度不適合濕度適合米象群落發(fā)展以及溫濕度均適合米象群落發(fā)展4個(gè)條件,每種情況仿真對(duì)比如圖4～圖7所示?？梢钥吹矫紫笕郝湓跍貪穸染贿m宜發(fā)展的條件下,群落不再繁殖,0～15 d內(nèi)個(gè)體快速死亡,30 d后群落基本滅亡;在溫度適合濕度不適合條件下,群落整體基本不繁殖,0～60 d內(nèi)幼蟲(chóng)逐漸生長(zhǎng)為成蟲(chóng),僅有一小部分個(gè)體繁殖,60～120 d內(nèi)群落中成蟲(chóng)死亡,幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育但不再繁殖,120 d后群落逐漸衰落;在溫度不適合濕度適合條件下,群落整體基本不繁殖,相比于溫度適宜濕度不適宜條件下更不利于群落發(fā)展,0～60 d內(nèi)幼蟲(chóng)部分生長(zhǎng)為成蟲(chóng),僅有極小部分個(gè)體繁殖,60～120 d內(nèi)群落中成蟲(chóng)死亡,部分幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育但不再繁殖,120 d后群落逐漸衰落。因此,溫度對(duì)小米米象群落的發(fā)展影響更大。

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖4 溫濕度均不適宜小米米象群落發(fā)展的仿真模擬Fig.4 Temperature and humidity are not suitable for the development of Sitophilus oryzae community simulation process

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖5 溫度適宜濕度不適宜小米米象群落發(fā)展的仿真模擬Fig.5 Simulation on the development of Sitophilus oryzae community with suitable temperature and unsuitable humidity

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖6 溫度不適宜濕度適宜小米米象群落發(fā)展的仿真模擬Fig.6 Simulation on the development of Sitophilus oryzae community with suitable humidity and unsuitable temperature

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖7 溫濕度均適宜小米米象群落發(fā)展的仿真模擬Fig.7 Simulation of the development of Sitophilus oryzae community with temperature and humidity

(5)

(6)

在溫濕度均適宜發(fā)展的條件下,個(gè)體快速生長(zhǎng)發(fā)育,為了明顯體現(xiàn)群落發(fā)展的變化,以0～120 d和120～240 d為時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行展示,在0～120 d內(nèi),群落個(gè)體生長(zhǎng)繁殖呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì),隨著時(shí)間的推移,在120～240 d群落指數(shù)發(fā)展趨勢(shì)愈加明顯。如圖4～圖7所示。

3.2.2 小米米象群落發(fā)展的3D仿真分析

為了進(jìn)一步加強(qiáng)小米米象群落發(fā)展仿真的真實(shí)性,在2D仿真的基礎(chǔ)上,對(duì)小米米象群落進(jìn)行3D仿真模擬分析,仿真趨勢(shì)與2D仿真結(jié)果保持一致,3D仿真結(jié)果與2D相比更具有直觀性,仿真結(jié)果如圖8～圖11所示。

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖8 溫濕度均不適宜小米米象群落發(fā)展的3D仿真模擬過(guò)程Fig.8 Temperature and humidity are not suitable for the 3D simulation process of Sitophilus oryzae community development

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖9 溫度適宜、濕度不適宜小米米象群落發(fā)展的3D仿真模擬過(guò)程Fig.9 3D simulation process of the development of Sitophilus oryzae community with suitable temperature and unsuitable humidity

·表示智能體群落A;表示智能體群落B圖11 溫濕度均適宜小米米象群落發(fā)展的3D仿真模擬過(guò)程Fig.11 The 3D simulation process that temperature and humidity are suitable for the development of Sitophilus oryzae community

3.2.3 小米米象群落發(fā)展仿真結(jié)果分析

為了觀察仿真結(jié)果與現(xiàn)實(shí)米象群落發(fā)展的細(xì)節(jié)變化,分析不同溫濕度情況下2D和3D仿真米象群落發(fā)展的變化。表2的結(jié)果表明,當(dāng)溫度越低時(shí),米象個(gè)體發(fā)展緩慢,因此米象群落發(fā)展速度較慢。當(dāng)溫度超過(guò)16 ℃時(shí),米象群落發(fā)展呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì);當(dāng)溫度超過(guò)31 ℃時(shí),米象群落發(fā)展快速下降,而且溫度越高,米象群落發(fā)展越緩慢,說(shuō)明高溫條件下對(duì)小米米象群落的發(fā)展影響更大[圖12(a)]。濕度對(duì)小米米象群落的發(fā)展也有很大影響,當(dāng)濕度小于45%時(shí),米象個(gè)體發(fā)展相對(duì)較緩慢,群落發(fā)展較慢;當(dāng)濕度在45%～70%范圍內(nèi),米象群落快速發(fā)展壯大;當(dāng)濕度大于70%時(shí),米象群落發(fā)展又快速下降[圖12(b)]。

表2 小米米象群落發(fā)展數(shù)值模擬Table 2 Numerical simulation of the development of Sitophilus oryzae community

圖12 溫濕度條件下的小米米象群落發(fā)展真實(shí)與模擬結(jié)果Fig.12 Realistic development and simulation of Sitophilus oryzae community under temperature and humidity conditions

因此溫度低于16 ℃或高于31 ℃,濕度低于45%時(shí),小米米象群落發(fā)展會(huì)受到抑制。并且溫度越高,濕度越低,抑制效果越明顯。

4 結(jié)論

將智能體和元胞機(jī)自動(dòng)結(jié)合,建立了小米米象群落發(fā)展規(guī)律仿真模型。

(1)米象群落發(fā)展速度是可變的,米象群落智能體的發(fā)展概率是不同的。模型為體現(xiàn)米象群落發(fā)展的真實(shí)性,定義了速度可變的小米米象智能體的發(fā)展規(guī)則。溫濕度對(duì)小米米象群落發(fā)展的影響是非常重要的環(huán)境因素,在仿真模擬過(guò)程中不可忽略。進(jìn)一步加入溫濕度對(duì)米象發(fā)展的影響規(guī)則,即在不同溫濕度情景下的停止生長(zhǎng)、生長(zhǎng)但不繁殖以及生長(zhǎng)繁殖3種行為和行為規(guī)則,建立的仿真模型能夠很好地體現(xiàn)小米米象群落的發(fā)展趨勢(shì)。

(2)在米象群落活動(dòng)范圍內(nèi)進(jìn)行仿真模擬,建立的智能體模型可以直接仿真米象群落發(fā)展以及臨近元胞狀態(tài)的行為模式,仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果吻合較好,趨勢(shì)一致,表明構(gòu)建的智能體模型較準(zhǔn)確地反映小米米象群落發(fā)展趨勢(shì),驗(yàn)證了仿真模型的合理性。為預(yù)測(cè)糧食中米象群落發(fā)展提供理論依據(jù),進(jìn)而選擇適當(dāng)?shù)目刂撇呗砸种泼紫笕郝浒l(fā)展,保障儲(chǔ)糧的安全性。

分析了小型試驗(yàn)箱中小米米象群落發(fā)展趨勢(shì),并根據(jù)智能體模型建立了小米米象發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)模型,能較為精確地預(yù)測(cè)出未來(lái)小米群落的發(fā)展?fàn)顩r,但存在一些問(wèn)題和不足需要進(jìn)一步探索和研究。

在研究不同溫濕度對(duì)小米米象群落發(fā)展的過(guò)程中,糧堆不同高度的溫濕度等因素會(huì)對(duì)小米米象群落的發(fā)展造成一定的影響。由于試驗(yàn)條件的限制,對(duì)于糧堆不同高度與小米米象群落的分析存在一定的欠缺,通過(guò)完善試驗(yàn)條件進(jìn)一步深入研究糧堆高度與小米米象群落的關(guān)系。