数学 > 动力系统
[提交于 2025年8月5日
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标题: 模拟大豆豆象种群温湿度耦合动力学及评估PCM-NN算法的预测性能
标题: Modeling the Temperature-Humidity Coupling Dynamics of Soybean Pod Borer Population and Assessing the Predictive Performance of the PCM-NN Algorithm
摘要: 在全球气候变化和农业全球化的背景下,大豆生产日益受到害虫爆发的威胁,其中豆荚螟(学名:Leguminivora glycinivorella,通常称为大豆荚蜂)是一种主要的害虫种类。这种害虫分布广泛,尤其是在中国东北地区,这是中国主要的大豆产区,其爆发对产量和质量都产生了显著影响。尽管统计模型和机制模型已被用于害虫预测,但现有方法往往难以有效整合气候因素与害虫动态,并且表达能力不足。为解决这些局限性,本研究提出了一种基于物理信息神经网络(PINNs)的新颖害虫预测方法。具体而言,我们构建了一个逻辑型常微分方程(ODE),该方程结合了微气候因素、温度、湿度和时间,以描述大豆荚蜂种群的时间动态。该ODE模型被嵌入到PINN框架中,开发出害虫相关性模型神经网络(PCM-NN),用于联合推断由微气候驱动的参数函数alpha(T, H, t)并拟合害虫种群动态。我们使用2020年至2023年7月至9月期间在吉林省长春市收集的大豆荚蜂每日监测数据对PCM-NN进行了评估。实验结果表明,PCM-NN在保持生物可解释性的同时表现出强大的非线性表示能力,为在多因素气候条件下进行害虫建模和预测提供了一条可行的路径。这种方法为农业害虫监测、预防和控制策略提供了有价值的支持。
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