python模拟生态系统

基于matplotlib库下animation、pyplot功能进行的一个生态的模拟程序,参考了一些网上可视化的教程和生态模拟的参数。在本程序中由4种东西构成生态系统,草、草食动物、肉食动物、空地,使用了搜索的算法、random函数来模拟动物进食关系,以及动物的捕食动向,最后通过times间隔每秒展示出animation动态图的画面。

import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import numpy as np


def addGrass(_num):
    for i in range(_num):
        x = np.random.randint(0, size)
        y = np.random.randint(0, size)
        while grid[x][y] != 0:
            x = np.random.randint(0, size)
            y = np.random.randint(0, size)

        grid[x][y] = 1  # 1代表草


def addGrassEater(_num):
    for i in range(_num):
        x = np.random.randint(0, size)
        y = np.random.randint(0, size)
        while grid[x][y] != 0:
            x = np.random.randint(0, size)
            y = np.random.randint(0, size)

        grid[x][y] = 2  # 2代表食草动物


def addMeatEater(_num):
    for i in range(_num):
        x = np.random.randint(0, size)
        y = np.ra
### Python 生态系统动态模拟示例 为了展示如何使用 Python 进行动态生态系统的建模和仿真,下面提供了一个简单的例子。此模型展示了捕食者-猎物关系中的 Lotka-Volterra 方程组求解过程。 ```python import numpy as np from scipy.integrate import odeint import matplotlib.pyplot as plt def dX_dt(X, t, a, b, c, d): """返回微分方程dx/dt 和 dy/dt""" prey, predator = X dot_prey = (a * prey) - (b * predator * prey) dot_predator = (c * predator * prey) - (d * predator) return np.array([dot_prey, dot_predator]) # 参数设定 a = 1.0 # 猎物种群增长率 b = 0.1 # 食肉动物消耗率 c = 0.075 # 转化效率 d = 1.5 # 捕食者自然死亡率 # 初始条件: 40 只兔子(猎物), 9只狐狸(捕食者) initial_conditions = np.array([40., 9.]) time_points = np.linspace(0, 15, 1000) solution = odeint(dX_dt, initial_conditions, time_points, args=(a,b,c,d)) plt.figure(figsize=[8,6]) plt.plot(time_points, solution[:,0], label="Prey", color='g') plt.plot(time_points, solution[:,1], label="Predator", color='r') plt.xlabel('Time', fontsize=14) plt.ylabel('Population Count', fontsize=14) plt.title('Lotka–Volterra Model of Predator and Prey Populations Over Time', fontsize=16) plt.legend() plt.grid(True) plt.show() ``` 这段代码实现了经典的洛特卡-沃尔泰拉(Lotka-Volterra)[^3]模型来描述两个相互作用的种群随时间变化的情况——一个是被捕食的对象(比如野兔),另一个是以其为食物来源的掠夺者(例如狼)。这里采用了 `odeint` 函数来进行常微分方程数值积分,并借助 Matplotlib 库绘制图形表示结果。
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