基于竞争图建模的珊瑚礁生态系统多对象资源分配研究

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随着全球变暖的加剧和人类在海洋领域活动的增多,珊瑚礁生态系统的生态状况越来越严峻。珊瑚礁白化,鱼类数量减少,濒危海洋物种数量增多等问题愈发突出。这些生态问题对全球生态稳定和人类社会的可持续发展造成了难以忽视的影响。因此,珊瑚礁生态系统的生态保护策略研究逐渐成为一个重要的研究领域。为了实现更为合理和高效的珊瑚礁生态系统修复,基于计算机图模型构建技术的资源分配方法成为珊瑚礁生态系统保护策略的重要研究方面。资源分配是指通过模拟计算实现在合理的位置新增合理规模的人工礁等人工自然资源的过程。计算机图模型构建的主要目的是,实现传统方法难以做到的全球范围生态系统建模和模拟工作。然而,目前的生态系统资源分配策略方法面临几个主要的挑战:1.在大数据背景下,种群间的依赖关系确定困难且相关数据采集难度大,因此相关领域建模效率较低;2.种群竞争压力和负载压力难以量化,导致难以对生态修复策略提供量化计算支持;3.资源分配过程难以量化,对新增资源的资源量和地理位置难以准确计算。本研究针对以上几个问题,在计算机图模型构建技术的基础之上提出了竞争图构建方法,实现了种群竞争压力和负载压力量化以及资源分配,达到了优化生态系统修复工作流程,提高生态系统修复效率,并减少生态系统修复人员的工作量的效果。资源分配算法的主要目标是,在尽可能少的增加人工礁等人工生态资源的情况下,尽可能降低生态系统中所有种群的平均竞争压力和平均负载压力。本研究以珊瑚礁生态系统内部种群为研究对象,基于计算机图模型构建技术,研究了珊瑚礁生态系统的多对象资源分配问题,主要完成了以下工作:(1)针对全球珊瑚礁生态系统的大规模种群间依赖关系确定困难,大规模种群量化建模低效的问题,本研究提出了基于地理学第一定律的竞争图模型构建方法,并提出了模型构建算法。本研究实现了大规模种群的快速建模并确定了种群间的依赖关系,为进一步实现大规模种群竞争和负载压力量化以及精准的资源分配优化过程奠定了坚实基础;(2)针对大规模种群的竞争和负载压力量化困难问题,本研究提出了竞争图上的竞争值和负载值定义并分别提出了不同的查询方法。本研究基于图局部敏感哈希方法实现了大规模种群的竞争压力量化,并实现了负载压力量化。实验结果表明了查询方法在大数据背景下的可行性和高效性,为实现量化的多对象资源分配策略提供了支持;(3)针对可量化的资源分配策略制定困难问题,本研究基于竞争压力和负载压力量化提出了多对象资源分配方法,实现了在尽可能少的增加人工生态资源的情况下,实现尽可能好的生态系统修复效果的目标。同时,本研究方法可以计算出较为精确的新增资源位置,以及新增资源的规模。实验结果说明了多对象资源分配算法的鲁棒性和高效性;
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