鱗目界域-龍論壇

羽落

虬龍

Registered: 2024-03-30

Posts: 153

网站

[中短期工程]龍族種羣擴散模擬程序

最近討論問題時突然興趣所至打算做個模擬程序模擬龍的種族擴散，由於隨時可能熱度消失，特建此樓記錄，以便日後重拾或其他感興趣的龍參考。

---

若有謬誤，懇請告知。

羽落

虬龍

Registered: 2024-03-30

Posts: 153

网站

回应： [中短期工程]龍族種羣擴散模擬程序

2026.3.14
確定編程語言爲Python，使用個體建模（Agent-Based Modeling, ABM），語言爲Python，框架爲Mesa。

ABM 由Agent、環境、規則、交互拓撲四大核心模塊構成，即：
1. Agent（主體）
定義：系統的基本決策單元，可對應人、企業、動物、車輛、細胞、機器人等。
核心屬性：狀態（如健康 / 感染、有錢 / 沒錢）、特徵（年齡、偏好、位置）、資源、記憶。
行爲規則：感知→決策→行動的邏輯（如 “行人靠右走”“投資者追漲殺跌”“病毒接觸傳播”），通常是有限理性的啓發式規則，而非完美最優決策。
2. 環境（Environment）
爲 Agent 提供活動空間與約束（如地理空間、網絡拓撲、資源池、物理規則）。
可靜態（如固定網格）或動態（如資源消耗、環境變化）。
3. 交互規則（Interaction Rules）
Agent 之間、Agent 與環境的互動機制（如碰撞避免、信息傳遞、交易、感染、競爭 / 合作）。
決定系統演化的核心動力。
4. 交互拓撲（Topology）
Agent 的連接 / 鄰居關係（如網格、隨機網絡、小世界網絡、無標度網絡），影響信息 / 影響的傳播範圍與速度。

第一步我計劃從地圖（Environment）開始，採用網格形式，網格大小1km*1km，總地圖大小300*300，溫度帶採用固定的形式，第一版先不考慮季節變化、天氣變化和生物羣系演替（但是有恢復和破壞）。使用雙層噪聲邏輯，柏林噪聲（Perlin Noise）生成高度，並結合緯度溫度帶與溼度噪聲來確定生物羣系，生物羣系用Whittaker 生物羣系分類模型。藉助gemini的deep search我收集到以下淨初級生產力(NPP)表格（https://gemini.google.com/share/0bcb3465a31d）：
| 生物羣系  | 平均NPP (g/m²/yr) | 全球總面積 (10⁶ km²) | 全球總產出 (10⁹ t/yr) | 關鍵限制養分   |
| :---- | :-------------- | :-------------- | :--------------- | :------- |
| 熱帶雨林  | 2200            | 17.0            | 37.4             | 磷、鈉      |
| 熱帶季節林 | 1600            | 7.5             | 12.0             | 水分季節性    |
| 溫帶落葉林 | 1200            | 7.0             | 8.4              | 氮        |
| 溫帶針葉林 | 1300            | 5.0             | 6.5              | 氮、熱量     |
| 溫帶草原  | 600             | 9.0             | 5.4              | 氮、水分     |
| 北方針葉林 | 800             | 12.0            | 9.6              | 氮、熱量     |
| 稀樹草原  | 900             | 15.0            | 13.5             | 氮、水分脈衝   |
| 地中海灌叢 | 700             | 8.5             | 6.0              | 水分夏季缺失   |
| 苔原    | 140             | 8.0             | 1.1              | 氮、熱量     |
| 荒漠    | 40 - 90         | 18.0 - 42.0     | 1.6 - 1.7        | 水分、氮     |
| 極地冰原  | ~0 (宏觀)         | 38.0            | ~0               | 極度低溫、液態水 |
|水   | 不計入             |--------------- | ---------------- | -------- |
現代地球的頂掠通常位於第四或第五營養級，具體取決於生態系統的複雜程度。
常規營養級劃分：
| 營養級       | 典型生物                 | 角色    |
| --------- | -------------------- | ----- |
| 第一營養級| 植物、藻類                | 生產者   |
| 第二營養級| 草食動物（斑馬、兔子）          | 初級消費者 |
| 第三營養級| 小型肉食動物（狐狸、蛇）         | 次級消費者 |
| 第四營養級 | 中型肉食動物（狼、豹）          | 三級消費者 |
| 第五營養級 | 頂級掠食者（虎、大白鯊、北極熊） | 四級消費者 |
根據林德曼效率（10%法則），能量每傳遞一個營養級損失約90%。森林的 2200 NPP 並不等於 2200 的“食物”。很大一部分是不可食用的木材，引入可食用係數（Edibility Factor, EF）。
因此得到公式：

可用能量 = NPP \times EF \times (10\%)^{n-1}

再根據

Barbour, Michael G所著的Terrestrial plant ecology:
About 10% of NPP is consumed by biophage herbivores for typical terrestrial 
vegetation. The percentage varies with vegetation: 2-3% for desert scrub or arc¬ 
tic/alpine tundra, 4-7% for forest, 10-15% for temperate grasslands with minimal 
grazing, and 30-60% for African grasslands or grasslands managed for domesti¬ 
cated animals. The percentage can also fluctuate from year to year. Episodic out¬ 
breaks of herbivores such as tent caterpillars, locusts, budworms, rabbits, voles, 
lemmings, or pathogenic microbes may raise the consumption to 50-100% of NPP. 
（對於典型的陸地植被，大約10%的淨初級生產力 (NPP) 被食草性生物消耗。這個百分比因植被類型而異：沙漠灌木或北極/高山苔原爲2-3%，森林爲4-7%，放牧最少的溫帶草原爲10-15%，非洲草原或爲家畜管理的草原爲30-60%。這一百分比也可能隨年份波動。像帳篷毛毛蟲、蝗蟲、芽蟲、兔子、田鼠、旅鼠或致病微生物等食草生物的偶發性爆發，可能將消耗率提高到NPP的50-100%。）
（https://z-library.sk/book/Yv34Qpp8Om/terrestrial-plant-ecology.html）

其中有用數據有：
一級營養級到二級營養級的傳遞總效率（含EF計算後的結果）：
極地冰原/苔原/荒漠：2-3%
森林：4-7%
溫帶草原：10-15%
家畜放牧的草原：30-60%
可以由此倒推EF。
結合生物羣系複雜度可以得到以下表格：
| 生物羣系      | NPP     | EF   | 有效可食NPP | 營養級   | 傳遞係數   | **頂掠可得能量** |
| --------- | ------- | ---- | ------- | --------- | ------ | ---------- |
| **熱帶雨林**  | 2200    | 0.20 | 440     | 第五級 | 0.0002 | **0.088**  |
| **熱帶季節林** | 1600    | 0.25 | 400     | 第五級       | 0.0002 | **0.080**  |
| **溫帶落葉林** | 1200    | 0.30 | 360     | 第四級       | 0.002  | **0.720**  |
| **溫帶針葉林** | 1300    | 0.18 | 234     | 第四級       | 0.002  | **0.468**  |
| **稀樹草原**  | 900     | 0.60 | 540     | 第四級       | 0.0015  | **0.81**  |
| **溫帶草原**  | 600     | 0.80 | 480     | 第四級       | 0.0015   | **0.72**   |
| **北方針葉林** | 800     | 0.12 | 96      | 第四級       | 0.001   | **0.096**   |
| **地中海灌叢** | 700     | 0.22 | 154     | 第四級       | 0.001  | **0.154**  |
| **苔原**    | 140     | 0.25 | 70      | 第三級       | 0.01   | **0.35**   |
| **荒漠**    | 65 | 0.25 | 26      | 第三級     | 0.01    | **0.163**   |
| **極地冰原**  | ~0      | ~0   | ~0      | —         | —      | **~0**     |
| **水**  | ~0      | ~0   | ~0      | —         | —      | **~0**     |
但是實際現象是雨林中頂掠領地大小比草原的小十倍左右，另外具有飛行能力的龍在草原上的捕食效率可能遠大於雨林中的，因此以上模型還不完善，同時雨林的營養級和EF也還有討論餘地，待後續完善......

---

若有謬誤，懇請告知。

shiningdracon

寻道龙

Registered: 2008-11-03

Posts: 4,398

回应： [中短期工程]龍族種羣擴散模擬程序

@羽落 寫道: | 第一營養級| 植物、藻類                | 生產者   || 第二營養級| 草食動物（斑馬、兔子）          | 初級消費者 || 第三營養級| 小型肉食動物（狐狸、蛇）         | 次級消費者 || 第四營養級 | 中型肉食動物（狼、豹）          | 三級消費者 || 第五營養級 | 頂級掠食者（虎、大白鯊、北極熊） | 四級消費者 |

這個營養級對應其實有問題，營養級並不正比於體型，頂級掠食者不等於營養級位置高。比如草原頂級掠食者主食是大型食草動物，營養級算三級。還要考慮一個物種可能喫多種獵物，屬於多個營養級。或許只有海里的大魚喫小魚相對確定一些。

---

以龍為本
<-- 目前頭像 by 理業化肥
聯繫方式：站內短消息或郵件

羽落

虬龍

Registered: 2024-03-30

Posts: 153

网站

回应： [中短期工程]龍族種羣擴散模擬程序

[↑] @shiningdracon 寫道: 這個營養級對應其實有問題，營養級並不正比於體型，頂級掠食者不等於營養級位置高。比如草原頂級掠食者主食是大型食草動物，營養級算三級。還要考慮一個物種可能喫多種獵物，屬於多個營養級。或許只有海里的大魚喫小 …

是的，但是我苦惱於如何還原不同食物鏈，如果用加權的方式權重就變成了一個新問題。

---

若有謬誤，懇請告知。

羽落

虬龍

Registered: 2024-03-30

Posts: 153

网站

回应： [中短期工程]龍族種羣擴散模擬程序

找到辦法了，可以查找通過氮同位素δ¹⁵N分析得出的平均營養級，初步搜索確認雨林中頂掠的平均營養級是4左右，但缺少可引用的學術研究資料，另外其它生物羣系的營養級可能也得用這種辦法校正。

---

若有謬誤，懇請告知。