|
DOI: 10.14489/vkit.2026.06.pp.014-026
Переварюха А. Ю.
МЕТОД СИТУАТИВНОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПРЕДИКТОРОВ ПОРОГОВЫХ СОСТОЯНИЙ В БИОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
(c. 14-26)
Аннотация. Посвящена компьютерному моделированию нелинейных процессов в биосистемах с пороговыми эффектами в их развитии. В природопользовании регулярно возникают кризисы вследствие применения устаревших методов прогнозирования и оценки состояния биосистем при стремлении к оптимизации промысла. С помощью компьютерных моделей подтверждено, что деградация популяций происходит по различным типам сценариев. При попытках получить максимально допустимое изъятие и при отсутствии надежных методик прогнозирования и мониторинга развиваются процессы истощения биоресурсов. Выделены особые типы явлений популяционного кризиса в форме быстрого коллапса биоресурсов без восстановления. Специфические ситуации коллапсов возникли при существующих моделях регуляции промысла и методах оценки запасов из-за роли нелинейных пороговых эффектов в эффективности воспроизводства. Динамика коллапса схожа для циклических популяций северных оленей Таймыра и биоресурсов Каспия. Представлено развитие подхода на основе логико-алгоритмического расширения гибридных структур и включения в вычислительные алгоритмы для динамики поколений триггерных функций, создающих в сценариях заранее неявно предопределенные неустойчивые равновесия в зависимостях восполнения запасов и переходные хаотические режимы в динамике функциональных итераций. Новый метод позволяет описывать сценарии кризисного развития в управлении даже при слабом возмущении воздействия. Подход позволил сравнить сценарии коллапса биоресурсов при имитации логики регуляции. Методом сравнений прескриптивных сценариев с заданными стратегиями экспертной регуляции выявлены факторы-предикторы. Проведена классификация признаков кризисов, которые требуют срочной корректировки логики принятия экспертных решений. Предложенные методы актуальны для выработки корректирующих решений при управлении биоресурсами и основаны на выделении специфических сценариев поведения ответственных экспертов, но воспринимающих опыт из не полностью релевантной проекции ситуации, которая создается при искажении информации.
Ключевые слова: динамические модели биофизических процессов; альтернативные аттракторы; сложные динамические процессы; регуляция воздействия для биосистем; гибридные вычислительные системы; каскады бифуркаций; коллапс биосистемы Каспия; циклы популяций Таймыра.
Perevaryukha A. Yu.
A METHOD OF SITUATIONAL COMPUTER MODELING BASED ON PREDICTORS OF THRESHOLD STATES IN BIOPHYSICAL PROCESSES
(pp. 14-26)
Abstract. This article explores computer modeling of nonlinear processes in biosystems with threshold effects in their development. Crises in natural resource management regularly arise due to outdated methods for forecasting and assessing the state of biosystems in the pursuit of harvest optimization. Computer models have shown that population degradation occurs according to various scenarios. Attempts to achieve maximum permissible extraction and in the absence of reliable forecasting and monitoring methods lead to depletion of bioresources. Specific types of population crisis phenomena, such as rapid collapse of bioresources without recovery, are highlighted. Specific collapse situations have arisen with existing harvest regulation models and stock assessment methods due to the role of nonlinear threshold effects in reproduction efficiency. An approach is being developed based on the logical-algorithmic expansion of hybrid structures and the inclusion of trigger functions in computational algorithms for generational dynamics. These trigger functions create implicitly predetermined unstable equilibria in stock replenishment dependencies and transient chaotic regimes in the dynamics of functional iterations. The new method enables the description of crisis scenarios in management even under weak disturbances, as the models exhibit behavior with the emergence of bifurcations and alternative attractors. The method allowed us to compare bioresource collapse scenarios while simulating regulatory logic. By comparing prescriptive scenarios with specified expert regulation strategies, we identify predictor factors and classify crisis features that require urgent adjustments to the expert decision-making logic. The proposed methods are relevant for developing corrective decisions in the management of financial assets and are based on identifying specific behavioral scenarios of responsible experienced experts who do not perceive a completely relevant projection of the situation.
Keywords: Dynamic models of biophysical processes; Alternative attractors; Complex dynamic processes; Impact regulation for Biosystems; Hybrid computational systems; Bifurcation cascades; Collapse of the Caspian biosystem; Taimyr population cycles.
А. Ю. Переварюха (Объединенная дирекция заповедников Таймыра, Норильск, Красноярский край, Россия) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
A. Yu. Perevaryukha (United Directorate of Taimyr Nature Reserves, Norilsk, Krasnoyarsk Krai, Russia) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
1. Переварюха А. Ю. Гибридные модели в задаче анализа динамики промысловых популяций // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2008. № 3. С. 23–28.
2. Переварюха А. Ю. Применение предикативно-переопределяемых структур для моделирования вариативного развития биологических процессов // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2021. Т. 18. № 1. С. 3–16.
3. Форенталь М. В. Численное решение задачи пенетрации металлической преграды в гибридной формулировке // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2009. № 12(66). С. 29–34.
4. Крючков Д. И., Залазинский А. Г. Гибридный моделирующий комплекс для оптимизации процессов прессования неоднородных материалов // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2013. № 9. С. 22–28.
5. Филиппов Е. В. Моделирование иррациональных решений, принимаемых при управлении ИТ-проектами // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2024. Т. 21, № 9. С. 52–60.
6. Frisman E. Y., Zhdanova O. L., Neverova G. P. Ecological and genetic models in population biophysics // Biophysics. 2020. Т. 65, № 5. С. 810–825.
7. Mikhailov V. V., Trofimova I. V. Computational Modeling of the Nonlinear Metabolism Rate as a Trigger Mechanism of Extreme Dynamics of Invasion Processes // Technical Physics Letters. 2022. Vol. 48. P. 301–304. DOI: 10.1134/S1063785022110013
8. Trofimova I. V., Manvelova A. B. Adequacy of Interpretation of Monitoring Data on Biophysical Processes in Terms of the Theory of Bifurcations and Chaotic Dynamics // Technical Physics Letters. 2022. Vol. 48. P. 305–310. DOI: 10.1134/S1063785022110025
9. Mikhailov V. V., Trofimova I. V. Principles of simulation of invasion stages with allowance for solar cycles // Technical Physics Letters. 2023. Vol. 49, No. 9. P. 97–105. DOI: 10.1134/S1063785023700049
10. Михайлов В. В., Решетников Ю. С. Модель динамики популяции рыб с расчетом темпов роста особей и сценариев гидрологической обстановки // Информационно-управляющие системы. 2018. № 4. С. 31–38. DOI: 10.31799/1684-8853-2018-4-31-38
11. Розенберг Г. С. Уорд Клайд Олли и принцип агрегации особей // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2020. Т. 29, № 3. С. 77–88.
12. Сухинов А. И., Чистяков А. Е., Лященко Т. В., Никитина А. В. Предсказательное моделирование заморных явлений в мелководных водоемах // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2017. № 1. С. 3–9.
13. Базыкин А. Д. Нелинейная динамика взаимодействующих популяций. Ижевск: Институт компьютерных технологий. 2003. 368 с.
14. Борисова Т. Ю., Соловьева И. В. Проблемные аспекты моделирования популяционных процессов и критерии их согласования // Математические машины и системы, 2017. № 1. С. 71–81.
15. Blokh A. M., Lyubich M. Yu. Measure and Dimension of Solenoidal Attractors of One Dimensional Dynamical Systems // Communications in Mathematical Physics. 1990. Vol. 127, Is. 3. P. 573–583.
16. Veshchev P. V., Guteneva G. I. Efficiency of natural reproduction of sturgeons in the lower Volga under current conditions // Russian Journal of Ecology. 2012. Vol. 43. P. 142–147. DOI: 10.1134/S1067413612020154
17. Дубровская В. А., Трофимова И. В. Модель динамики структурированных субпопуляций осетровых рыб Каспия с учетом отклонений в темпах развития молоди // Журнал Белорусского государственного университета. Биология. 2017. № 3. С. 76–86.
18. Borisova T. Yu. On the Physicochemical Method of Analysis of the Formation of Secondary Immunodeficiency as a Bioindicator of the State of Ecosystems Using the Example of Seabed Biota of the Caspian Sea // Technical Physics Letters. 2022. Vol. 48. P. 251–257. DOI: 10.1134/S1063785022090012
19. Perevaryukha A. Yu. Mathematical modeling of changes in the growth rate at the early stages of development of organisms for biological species with metamorphosis in ontogenesis // Technical Physics. 2022. Vol. 67. № 9. P. 651–660. DOI: 10.1134/s1063784222090043
1. Perevaryukha, A. Yu. (2008). Hybrid models in the problem of analyzing the dynamics of commercial populations. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologii, (3), 23–28. [in Russian language].
2. Perevaryukha, A. Yu. (2021). Application of predicatively redefined structures for modeling the variable development of biological processes. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologii, 18(1), 3–16. [in Russian language].
3. Forental, M. V. (2009). Numerical solution of the problem of metal barrier penetration in a hybrid formulation. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologii, (12), 29–34. [in Russian language].
4. Kryuchkov, D. I., & Zalazinsky, A. G. (2013). Hybrid modeling complex for optimizing pressing processes of inhomogeneous materials. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologii, (9), 22–28. [in Russian language].
5. Filippov, E. V. (2024). Modeling of irrational decisions made in IT project management. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologii, 21(9), 52–60. [in Russian language].
6. Frisman, E. Y., Zhdanova, O. L., & Neverova, G. P. (2020). Ecological and genetic models in population biophysics. Biophysics, 65(5), 810–825.
7. Mikhailov, V. V., & Trofimova, I. V. (2022). Computational modeling of the nonlinear metabolism rate as a trigger mechanism of extreme dynamics of invasion processes. Technical Physics Letters, 48, 301–304. https://doi.org/10.1134/S1063785022110013
8. Trofimova, I. V., & Manvelova, A. B. (2022). Adequacy of interpretation of monitoring data on biophysical processes in terms of the theory of bifurcations and chaotic dynamics. Technical Physics Letters, 48, 305–310. https://doi.org/10.1134/S1063785022110025
9. Mikhailov, V. V., & Trofimova, I. V. (2023). Principles of simulation of invasion stages with allowance for solar cycles. Technical Physics Letters, 49(9), 97–105. https://doi.org/10.1134/S1063785023700049
10. Mikhailov, V. V., & Reshetnikov, Yu. S. (2018). A model of fish population dynamics with calculation of individual growth rates and scenarios of hydrological conditions. Informatsionno-upravlyayushchie sistemy, (4), 31–38. [in Russian language]. https://doi.org/10.31799/1684-8853-2018-4-31-38
11. Rosenberg, G. S. (2020). Ward Clyde Allee and the principle of aggregation of individuals. Samarskaya Luka: problemy regional'noi i global'noi ekologii, 29(3), 77–88. [in Russian language].
12. Sukhinov, A. I., Chistyakov, A. E., Lyashchenko, T. V., & Nikitina, A. V. (2017). Predictive modeling of death phenomena in shallow water bodies. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologii, (1), 3–9. [in Russian language].
13. Bazykin, A. D. (2003). Nonlinear dynamics of interacting populations. Institute of Computer Technologies. [in Russian language].
14. Borisova, T. Yu., & Solovieva, I. V. (2017). Problematic aspects of modeling population processes and criteria for their coordination. Matematicheskie mashiny i sistemy, (1), 71–81. [in Russian language].
15. Blokh, A. M., & Lyubich, M. Yu. (1990). Measure and dimension of solenoidal attractors of one dimensional dynamical systems. Communications in Mathematical Physics, 127(3), 573–583.
16. Veshchev, P. V., & Guteneva, G. I. (2012). Efficiency of natural reproduction of sturgeons in the lower Volga under current conditions. Russian Journal of Ecology, 43, 142–147. https://doi.org/10.1134/S1067413612020154
17. Dubrovskaya, V. A., & Trofimova, I. V. (2017). Dynamics model of structured subpopulations of Caspian sturgeon fish taking into account deviations in the growth rates of juveniles. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya, (3), 76–86. [in Russian language].
18. Borisova, T. Yu. (2022). On the physicochemical method of analysis of the formation of secondary immunodeficiency as a bioindicator of the state of ecosystems using the example of seabed biota of the Caspian Sea. Technical Physics Letters, 48, 251–257. https://doi.org/10.1134/S1063785022090012
19. Perevaryukha, A. Yu. (2022). Mathematical modeling of changes in the growth rate at the early stages of development of organisms for biological species with metamorphosis in ontogenesis. Technical Physics, 67(9), 651–660. https://doi.org/10.1134/s1063784222090043
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/vkit.2026.06.pp.014-026
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/vkit.2026.06.pp.014-026
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»