分数阶种群模型的动力学研究

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近些年来,随着分数阶微积分成为当前国际上的一个热点研究课题,分数阶动力学系统在生物数学、社会科学、统计力学等领域的巨大潜在应用价值引起了众多学者的关注。分数阶种群模型的动力学研究已成为非线性学科的一个新的重要研究方向。目前,对于分数阶种群模型的动力学研究,主要是针对分数阶单种群和两种群生物系统,探讨其平衡点的稳定性和持久性问题。对于分数阶三种群生物系统和分数阶多种群生物系统的研究还十分欠缺。在实际生活中,为了保持生态平衡,一个生态系统的生物群落往往是由三个或者多个种群构成。分数阶三种群和多种群系统的研究因其现实性和复杂性日益受到关注。  本文以分数阶三种群Volterra模型作为研究对象,探讨了分数阶三种群链式系统和非链式系统。首先,分析在无种内竞争的情况下分数阶三种群链式系统和分数阶三种群非链式系统的平衡点及其稳定性。其次,考虑到实际中种群内部为了争夺有限的生存资源和空间常常存在竞争,进而研究了分数阶三种群链式系统和分数阶三种群非链式系统在有种内竞争情况下的平衡点及其稳定性。本文证明了分数阶三种群链式系统和非链式系统解的存在性和唯一性,并给出了相应分数阶种群系统平衡点稳定的充分条件。在此基础上,采用预估-校正数值方法绘出分数阶三种群系统状态量随时间变化的曲线图和相位图,并讨论了参数变化对系统的影响。数值仿真实验很好的验证了相应的理论分析。
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