Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем
The use of network role analysis in ecology is grounded, and a new solution to the problem of construction of pasture ecosystem trophic networks on its basis is presented. The technologies of regular equivalence and coloration are adapted to modeling of role trophic networks without biological nonse...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
2010
|
| Online Access: | https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/106714 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | System research and information technologies |
| Download file: |  |
Institution
System research and information technologies| _version_ | 1867334289356488704 |
|---|---|
| author | Rudenko, S. S. Buzdygan, O. Ja. |
| author_facet | Rudenko, S. S. Buzdygan, O. Ja. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "S. S. Rudenko",
"institution": null
},
{
"author": "O. Ja. Buzdygan",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Rudenko, S. S. |
| baseUrl_str | http://journal.iasa.kpi.ua/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-04-06T12:27:35Z |
| description | The use of network role analysis in ecology is grounded, and a new solution to the problem of construction of pasture ecosystem trophic networks on its basis is presented. The technologies of regular equivalence and coloration are adapted to modeling of role trophic networks without biological nonsense for terrestrial ecosystems of the pastoral type. The stages of realizing the role network analysis in the construction of complete and formalized trophic networks are presented. |
| first_indexed | 2025-07-17T10:21:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
© С.С. Руденко, О.Я. Буждиган, 2010
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 33
TIДC
ПРОГРЕСИВНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ,
ВИСОКОПРОДУКТИВНІ КОМП’ЮТЕРНІ
СИСТЕМИ
УДК 574.4:633.2.033
АДАПТАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЙ РОЛЬОВОГО МЕРЕЖЕВОГО
АНАЛІЗУ «REGULAR EQUIVALENCE»
ТА «REGULAR ROLE COLORATION» ДЛЯ ПОБУДОВИ
ТРОФІЧНИХ МЕРЕЖ ПАСТОРАЛЬНИХ ЕКОСИСТЕМ
С.С. РУДЕНКО, О.Я. БУЖДИГАН
Обґрунтувано використання рольового мережевого аналізу в екології та нове
розв’язання проблеми побудови трофічних мереж пасторальних екосистем на
його основі. Адаптовано технології регулярної еквіваленції та колорації для мо-
делювання рольових трофічних мереж наземних екосистем пасторального типу із
усуненням біологічних несинітниць. Представлено етапи здійснення рольового
мережевого аналізу для побудови повних та формалізованих трофічних мереж.
ВСТУП
Упродовж останніх років було висунуто багато ідей, що пов’язані з оцінкою
ролі видів у трофічних мережах, використовуючи для цього такі терміни як
екологічна гільдія [1], трофічний тип [2], трофовид [3] тощо. Проте до сьо-
годні це основне питання екосистемології залишається відкритим [4, 5].
Допомогти усунути цю прогалину можуть методи рольового мережевого
аналізу, які вже давно застосовуються в суспільних науках. Серед них най-
більш привабливими для екологів є методи регулярної еквіваленції («regular
equivalence») та колорації («regular role coloration»).
Перші спроби застосувати регулярну еквіваленцію та колорацію для
побудови трофічних мереж екологічних систем з’явились лише декілька ро-
ків тому, і належать групі американських та англійських учених [6–8]. Ці
автори застосовуючи інформацію про екологічні системи, що були описані
іншими авторами в науковій літературі, продемонстрували можливість за-
стосування таких методів, як «regular equivalence» (REGE-метод) та «regular
role coloration» для побудови формалізованих трофічних мереж. Однак їх
досвід поки що обмежується лише кількома малочленними водними екосис-
темами. До наземних екосистем (у тому числі пасовищного типу) зазначені
вище методи рольового мережевого аналізу поки що не застосовувалися.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ
Мета роботи — адаптація технологій регулярної еквіваленції та колорації
для побудови рольових трофічних мереж наземних екосистем пасторального
типу.
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 34
Початковим етапом для здійснення рольового мережевого аналізу є по-
будова матриці, яка відображає наявність чи відсутність зв’язку між усіма
парами елементів досліджуваної системи. Дана матриця слугує вхідною ін-
формацією для REGE-методу рольового мережевого аналізу. При розробці
звичайних неформалізованих трофічних схем різні вчені по-різному підхо-
дили до добору трофоелементів. Одні — схилялися до думки, що у якості
трофоелементів необхідно вибирати всі види, що населяють екосистеми [1,
3, 4, 9–11], інші — до добору таксономічних рангів більш високого рівня
(родів, класів і, навіть, царств) [2, 12]. Звичайно, добір трофоелементів на
рівнях вищих за вид є простішим у плані практичної реалізації, адже визна-
чення видової приналежності організмів займає багато часу в дослідника.
Між іншим, при введенні у вхідну матрицю для побудови рольових трофіч-
них мереж родів та таксонів більш високих рангів, дослідник вже здійснює
ручне втручання в процедуру групування, яку від самого початку призначе-
ний реалізувати сам метод регулярної еквіваленції. Крім того, об’єднання
видів у роди та родини здійснюється з метою систематизації живих організ-
мів не за трофічними ролями, а за зовнішньою подібністю, тому внаслідок
такої процедури види з різними трофічними ролями можуть бути об’єднані
в одну систематичну, але не трофічну групу.
Отже, застосування в якості трофоелементів надвидових таксономічних
рангів, як це мало місце при побудові класичних нерольових трофічних ме-
реж, збіднює можливості самого рольового мережевого аналізу та погіршує
його якість.
Аналіз перших прикладів застосування вже рольового мережевого ана-
лізу в екології засвідчує, що дослідники не враховують того факту, що різні
онтогенетичні стадії одного і того ж виду (наприклад, яйця, личинки, імаго)
можуть займати різні трофічні ніші. По-різному можуть проявляти себе у
трофічному ланцюгу й особини різних статей одного виду.
Враховуючи викладені вище міркування, ми поклали в основу створен-
ня вхідних матриць такі трофоелементи, як види, а також їх різні онтогене-
тичні стадії та статі у випадку, коли останні відіграють різну трофічну роль
в екосистемі. Результати наших досліджень відображено на прикладі пасто-
ральних екосистем Чернівецької області.
ОПИС ДОСЛІДЖЕНЬ
При дослідженні екосистем пасторального типу в межах Чернівецької обла-
сті у вхідні матриці мережевого рольового трофічного аналізу нами введено
494 трофоелементи. Для тих комах личинки та імаго яких мають різні тро-
фічні ніші, а також для самців та самок, зазначені стадії та статі вносились у
вхідну матрицю як окремі трофоелементи. Крім того, як окремі трофоелемен-
ти розглядались вегетативна маса рослин різних видів та їх пилок і нектар. У
якості окремих трофоелементів вносились у вхідну матрицю мертві твари-
ни, мертві рослини, детрит та екскременти великої рогатої худоби (ВРХ).
Загалом у вхідну матрицю було введено 15 різновидів трофоелементів
(табл. 1). Кожний трофоелемент було кодовано порядковими номерами, які
надалі застосовували у вхідних матрицях, графіках та схемах.
Адаптація технологій рольового мережевого аналізу «regular equivalence» …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 35
У цій роботі наведено наступне кодування трофоелементів для спро-
щення матриць та рисунків на прикладі трофічної мережі пасторальної еко-
системи с. Банилів-Підгірний Чернівецької області (при визначенні рослин
автори користувались джерелом [18], а тварин [19]): 19 ― Aphrophora alni
Fall. (Афрофора альні), 20 ― Stenodema laevigatum L. (Сліпняк гладенький), 21 ―
Athous niger L. (Ковалик чорний), 24 ― Adelphocoris lineolatus Gz. (Сліпняк лю-
церновий), 25 ― Decticus verrucivorus L. (Стрибун сірий), 35а ― Lacon murinus L.
(Ковалик сірий (імаго)), 35в ― L. murinus (личинка), 37 ― Polymerus cognatus
Fieb. (Клоп буряковий бурий), 48 ― Syritta pipiens L. (Джюрчалка сирита), 76 ―
Philaenus spumarius L. (Пінявка звичайна), 78а ― Potosia lugubris Hbst. (Бронзівка
мармурова (імаго)), 78в ― P. lugubris (личинка), 81 ― Dolycoris baccarum L.
(Щитник ягідний), 118 ― Cantharis rustica Fall. (М’якотілка червононога), 121а
― Coccinella septempunctata L. (Сонечко семикрапкове (імаго)), 121в ― C.
septempunctata (личинка), 126 ― Sympycna fusca V. d. Lind. (Лютка тьмяна), 132а
― Musca domestica L. (Муха кімнатна (імаго)), 132в ― M. Domestica (личинка),
138 ― Tettigoniidae (Коники справжні), 145 ― Dryopteris filix-mas (L.) Schott
(Щитник чоловічий), 146 ― Equisetum arvense L. (Хвощ польовий), 149 ― Carex
leporina L. (Осока заяча) 168 ― Cynosurus cristatus L. (Гребінник звичайний), 169
― Elytrigia repens (L.) Nevski (Пирій повзучий), 181 ― Prunella vulgaris L (Су-
ховершки звичайні (вегетативна маса)), 181* ― P. vulgaris (пилок та нектар), 182
― Mentha arvensis L. (М’ята польова (вегетативна маса)), 182* ― M. arvensis
(пилок та нектар), 185 ― Thumus serpyllum L. (Чебрець звичайний (вегетативна
маса)), 185* ― T. serpyllum (пилок та нектар), 198 ― Trollius europaeus L. (Купа-
льниця європейська (вегетативна маса)), 198* ― T. europaeus (пилок та нектар),
206 ― Potentilla anserina L. (Перстач гусячий (вегетативна маса)), 206* ― P.
anserina (пилок та нектар), 208 ― Agrimonia grandis Andrz. ex. C.A. Mey. (Парило
велике (вегетативна маса)), 208* ― A. grandis (пилок та нектар), 212 ―
Filipendula vulgaris Moench. (Гадючник звичайний (вегетативна маса)), 212* ― F.
vulgaris (пилок та нектар), 213 ― Lotus arvensis Pers. (Лядвенець польовий (веге-
тативна маса)), 213* ― L. arvensis (пилок та нектар), 220 ― Achillea millefolium
Klok. et Krytzka (Деревій звичайний (вегетативна маса)), 220* ― A. millefolium
(пилок та нектар), 230 ― Leontodon hispidus L. (Любочки шафранові (вегетатив-
на маса)), 230* ― L. hispidus (пилок та нектар), 232 ― Leucanthemum vulgare
Lam. (Королиця звичайна (вегетативна маса)), 232* ― L. vulgare (пилок та нек-
тар), 235 ― Ranunculus acris L. (Жовтець їдкий (вегетативна маса)), 235* ― R.
acris (пилок та нектар), 236 ― Euphorbia cyparissias L. (Молочай кипарисовид-
ний (вегетативна маса)), 236* ― E. cyparissias (пилок та нектар), 242 ― Trifolium
pratense L. (Конюшина лучна (вегетативна маса)), 242* ― T. pratense (пилок та
нектар), 249 ― Plantago media L. (Подорожник середній), 250 ― Plantago
lanceolata L. (Подорожник ланцетолистий), 252 ― Lysimachia nummularia L. (Ве-
рбозілля лучне (вегетативна маса)), 252* ― L. nummularia (пилок та нектар), 268
― Campanula patula L. (Дзвоники розлогі (вегетативна маса)), 268* ― C. patula
(пилок та нектар), 270 ― Carduus crispus L. (Будяк курчавий (вегетативна маса)),
270* ― C. crispus (пилок та нектар), 283 ― Juncus bufonius L. (Ситник жаб’ячий),
284 ― Bellis perennis L. (Стокротки багаторічні (вегетативна маса)), 284* ― B.
perennis (пилок та нектар), 304 ― Rhinanthus minor L. (Дзвінець малий (вегетати-
вна маса)), 304* ― R. minor (пилок та нектар), 311 ― Viola arvensis Murr. (Фіалка
польова), 320р ― мертві рослини, 321т ― мертві тварини (трупи комах та
черв’яків), 322 ― Детрит (напіврозкладені рештки рослин та комах), 323 ― До-
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 36
щові черв’яки, 324 ― Гетеротрофні бактерії, 325 ― Мікроміцети, 326 ― Акти-
номіцети, 327 ― екскременти ВРХ, 328 ― ВРХ.
Згідно із патентом [17] авторами було розроблено наступну систему по-
значень: а — імаго комах; в — личинка комах; * — пилок і нектар рослин;
т — мертві тварини; р — мертві рослини.
Т а б л и ц я 1 . Кількість трофоелементів у вхідній матриці для рольового
мережевого аналізу трофічної структури пасторальних екосистем
№ Трофоелементи Кількість
трофоелементів
1. Личинки комах 28
2. Імаго комах 136
3. Самці комах 4
4. Самки комах 4
5. Вегетативна маса рослин 179
6. Пилок та нектар рослин 134
7. Мертві рослини 1
8. Мертві тварини 1
9. Детрит 1
10. Дощові черв’яки 1
11. Гетеротрофні бактерії 1
12. Мікроміцети 1
13. Актиноміцети 1
14. Екскременти ВРХ 1
15. ВРХ 1
Σ 494
При позначенні наявності чи відсутності зв’язків між зазначеними еле-
ментами у вхідній матриці для рольового мережевого аналізу трофічної
структури екосистем пасторального типу постали такі дискусійні питання:
1. Чи пов’язано пилок вихідними зв’язками із мертвими рослинами?
2. Чи рослини, які поїдаються хоча б одним видом комах чи ВРХ,
пов’язані вихідними зв’язками із мертвими рослинами?
3. Чи комахи, які поїдаються іншими комахами, пов’язані вихідними
зв’язками із мертвими комахами?
Відповіді на ці питання є важливими, оскільки відомо, що непродумане
математичне моделювання нерідко призводить до біологічних несинітниць.
Усі зазначені вище питання з’ясовано на прикладі побудови вхідної ма-
триці однієї із пасторальних екосистем, а саме, для пасторальної екосистеми
с. Банилів-Підгірний Чернівецької області. При пошуку відповідей на дослі-
джувані питання ми дійшли висновку, що їх не можливо розглянути відо-
кремлено одне від одного. Тому було досліджено чотири можливих комбі-
нації:
• коли види рослин і види комах при поїданні іншими трофоелемен-
тами, а також пилок, не мають вихідного зв’язку з мертвими рослинами та
мертвими тваринами відповідно;
Адаптація технологій рольового мережевого аналізу «regular equivalence» …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 37
• коли види рослин та види комах при поїданні іншими видами не
мають вихідного зв’язку з мертвими рослинами та мертвими тваринами від-
повідно, а пилок в будь-якому випадку пов’язаний вихідними зв’язками з
мертвими рослинами;
• коли пилок не має вихідного зв’язку з мертвими рослинами, а види
рослин чи комах у будь-якому випадку (незалежно від того чи поїдаються
вони іншими трофоелементами) пов’язано вихідними зв’язками з мертвими
рослинами та мертвими тваринами відповідно;
• коли види рослин чи комах в будь-якому випадку (не залежно від то-
го чи поїдаються вони іншими трофоелементами) та пилок пов’язані вихід-
ними зв’язками з мертвими рослинами та мертвими тварини відповідно.
Три перших комбінації призводили до біологічних несинітниць у тро-
фічних мережах, які виявлялися в об’єднанні алгоритму REGE-методу в
один трофоклас наступних трофоелементів:
• ВРХ (328), мертвих комах (321т), мертвих рослин (320р), детриту
(322) та комах (рис. 1);
• гетеротрофних бактерій (324), мікроміцет (325), актиноміцет (326),
екскрементів ВРХ (327), пилку рослин, вегетативної маси рослин, дощових
черв’яків (323) та деяких комах (рис. 1);
• ВРХ (328), пилку та вегетативної маси деяких рослин (рис. 2);
• мертвих рослин та екскрементів ВРХ (рис. 2).
Матриця з комбінацією, коли види рослин та комах в будь-якому випа-
дку (незалежно від того чи поїдаються вони іншими трофоелементами) та
пилок пов’язані вихідними зв’язками з мертвими рослинами та мертвими
тваринами відповідно виявилась найбільш біологічно правильною, оскільки
REGE-алгоритм з одного боку зберіг інформацію про цінні трофічні ролі
для пасторальних екосистем, а з іншого — не спричинив будь-яких біологі-
чних несинітниць (рис. 5). Крім того, ця комбінація виправдала себе й на
інших досліджуваних екосистемах.
Отже, аргументований добір трофоелементів дозволив розробити базову
матрицю для рольового мережевого аналізу трофічних мереж пасторальних
екосистем помірних широт, яка від тепер може бути використана будь-яким
дослідником, що працює в даному напряму.
Подальша технологія побудови рольових трофічних мереж обіймала
чотири етапи, які розглянемо на прикладі обраної пасторальної екосистеми.
Спочатку будували матрицю бінарних коефіцієнтів (вид–вид) керую-
чись наступним принципом: 0 — при відсутності зв’язку, 1 — при наявності
зв’язку. Зв’язки кожного трофоелементу з іншими трофоелементами
оцінювали як у ролі хижака (в колонках матриці), так і в ролі жертви (в ряд-
ках матриці) (рис. 3).
Далі для аналізу даних застосовано REGE-алгоритм методу «regular
equivalence» з комп’ютерного програмного пакету UCINET 6.164 (S. Borgatti,
M. Everett, L. Freeman) [13].
Суть алгоритму REGE-методу регулярної еквіваленції рольового мере-
жевого аналізу зводиться до наступних операцій, які виконує UCINET 6.164.
Нехай 1=ijr для всіх « i » та « j » (види є 100% еквівалентними до пер-
ших), тоді:
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 38
Рис. 1. Дендрограма невдалого ієрархічного кластерування, яку було одержано із
застосуванням програмного пакету UCINET 6.164 на прикладі трофічної мережі
пасторальної екосистеми с. Банилів-Підгірний Чернівецької області
Адаптація технологій рольового мережевого аналізу «regular equivalence» …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 39
Рис. 2. Дендрограма успішного ієрархічного кластерування, яку було одержано із
застосуванням програмного пакету UCINET 6.164 на прикладі трофічної мережі
пасторальної екосистеми с. Банилів-Підгірний Чернівецької області
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 40
1. Якщо всі види — жертви (« n » та « m » відповідно), які поїдаються
видами « i » та « j » збігаються на %100 , тобто це максимальна еквівалент-
ність, а коефіцієнт еквівалентності дорівнює одиниці, то для кожного виду k ,
які є жертвами для « i » програма шукає види « m », які є жертвами для « j »
водночас є повністю еквівалентними до k . Звісно, що кількість видів «n», які
поїдаються « j » та дорівнює кількості видів « m », які з’їдаються « i ».
2. Програма повторює крок 1 до того випадку, коли зміни вже не
відбуваються у ijr або якщо досягається максимум повторностей. Макси-
мум повторностей дорівнює N видів або груп. Деталі алгоритму описані
S. Borgatti та M. Everett [14, 15].
Алгоритм перетворює матрицю «вид-вид» на матрицю REGE із коефі-
цієнтами R (у межах від нуля до одиниці), які реєструються для кожної пари
трофоелементів (рис. 4).
Для візуалізації моделей подібності, одержаних за допомогою REGE-
методу, матриці подібностей піддавали неметричному багатовимірному
шкалюванню (MDS — неметричне багатовимірне шкалювання) у порядку
репрезентування подібностей як відстаней у двох просторах. Координати з
процедури MDS потім використовували як вхідну інформацію для програ-
ми Pajek 1.14 (V. Batagelj, A. Mrvar) [16] мережевого графічного програм-
ного забезпечення, за допомогою якої будували графічні схеми повних тро-
фічних (рис. 7).
Надалі проведено ієрархічне кластерування вихідних матриць R із
REGE-алгоритму методу «regular equivalence» та отримано дендрограми з
розподілом зв’язків між трофічними елементами (рис. 5).
Рис. 3. Вхідна матриця бінарних коефіцієнтів (при 1 — існує трофічний зв’язок між
трофоелементами, при 0 — трофічний зв’язок відсутній) для здійснення рольового
мережевого аналізу трофічної структури на прикладі пасторальної екосистеми
с. Банилів-Підгірний Чернівецької області (в рядках трофоелементи виступають
у ролі ресурсу (жертв), а в колонках — у ролі споживачів (хижаків))
Адаптація технологій рольового мережевого аналізу «regular equivalence» …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 41
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 42
Рис. 5. Дендрограма ієрархічного кластерування із застосуванням регулярної
еквіваленції рольового мережевого аналізу на прикладі трофічної мережі пасто-
ральної екосистеми с. Банилів-Підгірний Чернівецької області, що свідчить про
відсутність біологічних несинітниць при побудові трофічної мережі
Адаптація технологій рольового мережевого аналізу «regular equivalence» …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 43
Остаточне групування трофічних елементів базується на величині
відповідності кластеру (рис. 6). Коефіцієнт детермінації 2R (або Еta в
Anova та в UCINET 6.164) розглянуто як величину відповідності кластеру.
Вибрано кластерування з такою кількістю класів, при якому 2R є макси-
мальним. Якщо для кількох кластерів 2R максимальне й приблизно одна-
кове, то дослідник має право самостійно обрати оптимальну кількість кла-
сів. Так у розглянутому нами випадку, максимальне значення Еta було
зареєстроване при кількості кластерів 15 (рис. 6). Оскільки показник Еta
Рис. 6. Фрагмент вікна UCINET 6.164 із показниками величини відповідності кла-
стеру (коефіцієнт детермінації R2 або Еta)
Рис. 7. Граф повної трофічної мережі, побудований із застосуванням методу «regular
equivalence» рольового мережевого аналізу на прикладі пасторальної екосистеми
с. Банилів-Підгірний Чернівецької області
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 44
виявився максимальним лише для такої кількості кластерів і немає під-
став для їх об’єднань, то кількість трофічних класів також повинна до-
рівнювати 15.
За результатами ієрархічного кластерування було об’єднано відповідні
трофоелементи у відповідну кількість трофокласів у формалізованій матриці
(рис. 8), яка слугувала вхідною інформацією для Pajek 1.14 для побудови
формалізованих трофічних мереж (рис. 9).
Згідно із формалізованою матрицею, трофоелементи, що відносяться до
одного трофокласу зафарбовано ідентичним кольором у графах як повної,
так і формалізованої трофічних мереж. Метод позначення ідентичним ко-
льором трофоелементів одного трофокласу у рольовому мережевому аналізі
має назву метод регулярної рольової колорації «regular role coloration»
(рис. 7, 9). У нашому випадку, якщо до застосування рольового мережевого
аналізу трофічна мережа (як і вхідна матриця) нараховувала 76 трофічних
елементів (рис. 7), то після застосування регулярної еквіваленції вони
об’єдналися у 15 трофокласів.
Забарвлення куль в ідентичний колір на рис. 7 зроблено вже після оде-
ржання формалізованого графу. При цьому елементи, що ввійшли в один
трофоклас у формалізованому графі (рис. 9) були зафарбовані одним кольо-
ром у неформалізованому (рис. 7).
Кожна куля у неформалізованому графі відповідає відповідному тро-
фоелементу у трофічній мережі. Напрямки стрілок показують напрямок вза-
ємодії між відповідними трофоелементами у трофічній мережі. Номери біля
куль відповідають порядковим номерам при кодуванні трофоелементів до-
сліджуваної екосистеми.
Рис. 8. Матриця бінарних коефіцієнтів (при 1 — існує трофічний зв’язок між тро-
фокласами, при 0 — трофічний зв’язок відсутній) для побудови графу формалі-
зованої трофічної мережі на прикладі пасторальної екосистеми с. Банилів-Підгірний
Чернівецької області за результатами ієрархічного кластерування матриці REGE по-
дібності при застосуванні регулярної еквіваленції рольового мережевого аналізу.
Кількість трофокласів відповідає величині відповідності кластеру (Еta =15)
Адаптація технологій рольового мережевого аналізу «regular equivalence» …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2010, № 4 45
Кожна куля у формалізованому графі відповідає окремому трофокласу
в який віднесено відповідні трофоелементи (номери біля куль відповідають
порядковим номерам при кодуванні трофоелементів досліджуваної еко-
системи). Напрямки стрілок показують напрямок взаємодії між
відповідними трофокласами у трофічній мережі. Забарвлення куль в іден-
тичний колір («regular role coloration») свідчить про окремі трофокласи, куди
REGE-алгоритм згрупував відповідні трофоелементи за подібністю їх трофі-
чних ролей у трофічній мережі досліджуваної екосистеми.
ВИСНОВКИ
1. Уперше на прикладі тридцять одної пасторальної екосистеми Черні-
вецької області було доведено можливість застосування рольового мереже-
вого аналізу для побудови формалізованих рольових трофічних мереж ексо-
систем відповідного типу.
2. Відпрацьовано цілий ряд технологічних моментів, які дозволять ши-
роко використовувати такі відомі методи суспільних наук як «regular
equivalence» та «regular role coloration» у пасторальній ексосистемології.
3. Інноваційна технологія завдяки формалізації відкриває нові можливості
для розвитку фундаментальної екології.
Перспективи: сьогодні в екологічній науці рольовий мережевий аналіз
переживає період становлення. Є надія, що найближчим часом за його до-
помогою будуть відкриті нові екологічні закономірності, зокрема ті, що сто-
суються імперативної ролі трофічної структури у підтриманні стійкості еко-
систем.
ЛІТЕРАТУРА
1. Root R. The niche exploitation pattern of the blue-gray gnatcatcher // Ecolоgy
Monographs. — 1967. — № 37. — Р. 317–350.
Рис. 9. Граф формалізованої трофічної мережі, побудований із застосуванням методу
«regular equivalence» рольового мережевого аналізу на прикладі пасторальної екоси-
стеми с. Банилів-Підгірний Чернівецької області
С.С. Руденко, О.Я. Буждиган
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2010, № 4 46
2. Beaver R. Geographical variation in food web structure in Nepenthes pitcher plants //
Ecological Entomology. — 1985. — № 10. — Р. 241–248.
3. Yodzis P. The indeterminacy of ecological interactions as perceived through pertur-
bation experiments // Ecology. — 1988. — № 69. — Р. 508 –515.
4. Perrson L. Productivity and consumer regulation — concepts, patterns, and
mechanisms // Food webs: integration of patterns and dynamics. — NY:
Chapman and Hall, 1996. — Р. 96–434.
5. Cousins S. The decline of the trophic level concept // Trends Ecology & Evolution.
— 1987. — № 2. — Р. 312–316.
6. Johnson J. Network role analysis in the study of food webs. An application of regu-
lar role coloration // Journal of Social Structure. — 2001. — № 3. —
http://www.cmu. edu/joss/content/articles/volume2/JohnsonBorgatti.html.
7. Luczkovich J. Defining and measuring trophic role similarity in food webs using
regular equivalence // Journal of Theoretical Biology. — 2003. — № 220. —
P. 303–321. — http://www.idealibrary.com.
8. Luczkovich J. Determining the trophic guilds of fishes and macroinvertebrates in a
seagrass food web // Estuaries. — 2002. — № 25 (6). — Р. 1143–1164.
9. Pimm S. Food web patterns and their consequences // Nature. — 1991. — № 350. —
Р. 669 – 674.
10. Goldwasser L. Construction and analysis of a large Caribbean food web //
Ecology. — 1993. — № 74. — Р. 1216–1233.
11. Гандзюра В.П. Екологія. Головні поняття з позицій системного підходу. — Київ:
Вид-во КНУ, 2002. — 85 с.
12. Lindeman R. The trophic-dynamic aspect of ecology // Ecology. — 1942. —
№ 23. — Р. 399–418.
13. Borgatti S. The program Ucinet 6 for Windows runs on Windows
95/98/NT/2000/XP platforms with a minimum of 8 mb of RAM: Software for
Social Network Analysis. — Harvard: Analytic Technologies, 2002. —
http://www.analytictech.com.
14. Borgatti S. Two algorithms for computing regular equivalence // Social Networks.
— 1993. — № 15. — С. 361–376.
15. Borgatti S. The class of all regular equivalences: algebraic structure and computation
// Social Networks. — 1989. — № 11. — Р. 65–88.
16. Batagelj V. The program Pajek. — 1996. — http://vlado.fmf.uni-lj.si/pub/networks
/pajek.
17. Патент на корисну модель 43962 України, МПК (2009) А 99Z 99/00G01N
33/00. «Спосіб побудови трофічної мережі пасторальної екосистеми» /
Руденко С.С. (UA), Буждиган О.Я. (UA); заявник та патентовласник Черні-
вецький нац. ун-т ім. Ю. Федьковича. — № u 200903519. — Заявл.
13.04.2009; опублік. 10.09.2009, Бюл. № 17. — 24 с.
18. Определитель высших растений Украины / Сост.: Д.Н. Доброчаева, М.И. Котов,
Ю.Н. Прокудин и др. — 2-е изд. стереот. — Киев: Фитоцентр, 1999. — 548 с.
19. Фасулати К.К. Полевое изучение наземних беспозвоночных. — М.: Высш.
шк., 1971. — 424 с.
Надійшла 26.03.2009
|
| id | journaliasakpiua-article-106714 |
| institution | System research and information technologies |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-17T10:21:37Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | journaliasakpiua/89/d9080302579a1636e110cc461107f889.pdf |
| spelling | journaliasakpiua-article-1067142018-04-06T12:27:35Z Adaptation of technologies of the role network analysis "regular equivalence" and "regular role coloration" to construction of pasture ecosystem trophic networks Адаптация технологий ролевого селевого анализа "regular equivalence" и "regular role coloration" для построения трофических сетей пасторальних экосистем Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем Rudenko, S. S. Buzdygan, O. Ja. The use of network role analysis in ecology is grounded, and a new solution to the problem of construction of pasture ecosystem trophic networks on its basis is presented. The technologies of regular equivalence and coloration are adapted to modeling of role trophic networks without biological nonsense for terrestrial ecosystems of the pastoral type. The stages of realizing the role network analysis in the construction of complete and formalized trophic networks are presented. Обосновано использование ролевого сетевого анализа в экологии и новое решение проблемы построения трофических сетей пасторальных экосистем на его основе. Адаптировано технологии регулярной эквиваленции и колорации для моделирования ролевых трофических сетей наземных экосистем пасторального типа с устанением биологической бессмыслицы. Представлены этапы осуществления ролевого сетевого анализа для построения полных и формализованных трофических сетей. Обґрунтувано використання рольового мережевого аналізу в екології та нове розв’язання проблеми побудови трофічних мереж пасторальних екосистем на його основі. Адаптовано технології регулярної еквіваленції та колорації для моделювання рольових трофічних мереж наземних екосистем пасторального типу із усуненням біологічних несинітниць. Представлено етапи здійснення рольового мережевого аналізу для побудови повних та формалізованих трофічних мереж. The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2010-12-15 Article Article application/pdf https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/106714 System research and information technologies; No. 4 (2010); 33-46 Системные исследования и информационные технологии; № 4 (2010); 33-46 Системні дослідження та інформаційні технології; № 4 (2010); 33-46 2308-8893 1681-6048 uk https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/106714/101749 Copyright (c) 2021 System research and information technologies |
| spellingShingle | Rudenko, S. S. Buzdygan, O. Ja. Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| title | Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| title_alt | Adaptation of technologies of the role network analysis "regular equivalence" and "regular role coloration" to construction of pasture ecosystem trophic networks Адаптация технологий ролевого селевого анализа "regular equivalence" и "regular role coloration" для построения трофических сетей пасторальних экосистем |
| title_full | Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| title_fullStr | Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| title_full_unstemmed | Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| title_short | Адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| title_sort | адаптація технологій рольового мережевого аналізу "regular equivalence" та "regular role coloration" для побудови трофічних мереж пасторальних экосистем |
| url | https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/106714 |
| work_keys_str_mv | AT rudenkoss adaptationoftechnologiesoftherolenetworkanalysisquotregularequivalencequotandquotregularrolecolorationquottoconstructionofpastureecosystemtrophicnetworks AT buzdyganoja adaptationoftechnologiesoftherolenetworkanalysisquotregularequivalencequotandquotregularrolecolorationquottoconstructionofpastureecosystemtrophicnetworks AT rudenkoss adaptaciâtehnologijrolevogoselevogoanalizaquotregularequivalencequotiquotregularrolecolorationquotdlâpostroeniâtrofičeskihsetejpastoralʹnihékosistem AT buzdyganoja adaptaciâtehnologijrolevogoselevogoanalizaquotregularequivalencequotiquotregularrolecolorationquotdlâpostroeniâtrofičeskihsetejpastoralʹnihékosistem AT rudenkoss adaptacíâtehnologíjrolʹovogomereževogoanalízuquotregularequivalencequottaquotregularrolecolorationquotdlâpobudovitrofíčnihmerežpastoralʹnihékosistem AT buzdyganoja adaptacíâtehnologíjrolʹovogomereževogoanalízuquotregularequivalencequottaquotregularrolecolorationquotdlâpobudovitrofíčnihmerežpastoralʹnihékosistem |