О применении алгоритмов Maxent в экологии

Автор: Коросов А.В.

Журнал: Принципы экологии @ecopri

Рубрика: Методы экологических исследований

Статья в выпуске: 1 (51), 2024 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматриваются логические и вычислительные основы метода максимальной энтропии, который использует программа MaxEnt, позволяющая строить модели размещения разных видов животных и растений. Предметом анализа служит метод максимальной энтропии как критерий успешности подбора модельных параметров. Принципы его работы показаны на серии усложняющихся количественных примеров из экологии. Расчеты проиллюстрированы программами на языке R, которые могут быть выполнены читателями для глубокого усвоения смысла процедуры. Сделан акцент на отличии технологии MaxEnt от других классификаторов (дискриминантный анализ, нейронные сети и пр.): вместо использования контраста между группами объектов, MaxEnt стремятся уловить и усилить однообразие объектов одной группы. Это почти автоматически приводит к отделению объектов одного изучаемого статуса от другого. Такой прием позволяет в условиях дефицита информации эффективно выполнять классификационные построения. Рассмотрены некоторые подходы для назначения «точки разрыва», порога бинарной классификации, в т. ч. элементы ROC-анализа, использование процентилей и квантилей. Статья служит практическим введением в технологию построения классификаций с использованием принципа максимальной энтропии.

Еще

Метод максимальной энтропии, maxent, экология, гадюка, половой диморфизм

Короткий адрес: https://sciup.org/147243483

IDR: 147243483   |   DOI: 10.15393/j1.art.2024.14742

Список литературы О применении алгоритмов Maxent в экологии

  • Ансельм А. И. Основы статистической физики и термодинамики . М.: Наука, 1973. 424 с.
  • Белашев Б. З., Сулейманов М. К. Метод максимума энтропии. Статистическое описание систем // Фи-
  • зика элементарных частиц и атомного ядра. Письма в ЭЧАЯ. 2002. № 6. С. 44–50. URL: http://
  • www.jinr.ru/publish/ Pepan_letters/panl_6_2002/05_bel.pdf (дата обращения: 26.07.2023).
  • Беляев А. М., Михнин А. Е., Рогачев М. В. ROC-анализ и логистическая регрессия в MedCalc : Учебное
  • пособие для врачей и обучающихся в системе высшего и дополнительного профессиональ-
  • ного образования. СПб.: НМИЦ онкологии им. Н. Н. Петрова, 2023. 36 с.
  • Джейнс Э. Т. О логическом обосновании метода максимальной энтропии // ТИИЭР. 1982. Т. 70, № 9.
  • С. 33–51.
  • Иванова В. М., Калинина В. Н., Нешумова Л. А., Решетников И. О. Математическая статистика . М.:
  • Высшая школа, 1981. 370 с.
  • Коросов А. В. Экология обыкновенной гадюки (Vipera berus L.) на Севере (факты и модели) . Петро-
  • заводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. 264 с. URL: https://b.twirpx.link/file/4132514/ (дата обращения:
  • 20.9.2023).
  • Краткое введение в MaxEnt // GisLab. 2013. URL: https://gis-lab.info/qa/maxent.html (дата обращения:
  • 20.09.2023). URL: https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=52427 (дата об-
  • ращения: 20.09.2023).
  • Лисовский А. А., Дудов С. В. Преимущества и ограничения использования методов экологического
  • моделирования ареалов. 2. MaxEnt // Журнал общей биологии. 2020. Т. 81, № 2. С. 135–146.
  • URL: file:///C:/Users/koros/Downloads/OBB0135.pdf. (дата обращения: 20.09.2023).
  • Логистическая регрессия и ROC-анализ – математический аппарат // Loginom. 2020. URL: https://
  • loginom.ru/blog/logistic-regression-roc-auc (дата обращения: 26.07.2023).
  • Некрасова О. Д., Титар В. М. Моделирование и биоклиматический анализ изменений ареала ужа во-
  • дяного Natrix tessellata (Reptilia, Colubridae) в Украине // Праці українського герпетологічного
  • товариства. 2014. № 5. С. 80−83. URL: https://herpeto-volga.ru/literatura.html?task=download.
  • send&id=922&catid=57&m=0 (дата обращения: 20.09.2023).
  • Олонова М. В., Гудкова П. Д. Биоклиматическое моделирование: Задания для практической работы
  • и методические указания к их выполнению . Томск: Издательский Дом ТГУ, 2017. 50 с.
  • Теоретические основы метода Maxent // GisLab. URL: https://wiki.gis-lab.info/w/Теоретические_ос-
  • новы_метода_Maxent (дата обращения: 20.09.2023).
  • Черлин В. А. Совершенствование анализа ареалов и экологических ниш животных (на примере
  • рептилий) с применением компьютерных ГИС-программ // Успехи современной биологии.
  • 2020. T. 140, № 1. С. 87–104. DOI: 10.31857/S0042132419060024. URL: https://sciencejournals.
  • ru/cgi/getPDF.pl?jid=uspbio&year=2020&vol=140&iss=1&file=UspBio1906002Cherlin.pdf (дата
  • обращения: 20.09.2023).
  • Шитиков В. К. Модели SDM . 2020. URL: https://stok1946.blogspot.com/2020/11/sdm.html (дата об-
  • ращения: 20.09.2023)
  • Шитиков В. К., Зинченко Т. Д., Головатюк Л. В. Модели максимальной энтропии и пространствен-
  • ное распределение видов донных сообществ на территории Среднего и Нижнего Повол-
  • жья // Российский журнал прикладной экологии 2021. № 2. С. 10–16. DOI: 10.24852/2411-
  • 7374.2021.2.10.16. URL: http://www.ievbras.ru/ecostat/Kiril/R/Paper/ETAT_2021.pdf (дата об-
  • ращения: 20.09.2023).
  • Шитиков В. К., Мастицкий С. Э. Классификация, регрессия и другие алгоритмы Data Mining с исполь-
  • зованием R . 2017. 351 с. URL: https://www.twirpx.org/file/2203014/, https://ranalytics.github.
  • io/data-mining/ (дата обращения: 12.02.2021).
  • Экоинформатика. Теория. Практика. Методы и системы / Ред. В. Е. Соколов. СПб.: Гидрометеоиздат,
  • 1992. 520 с.
  • Энтропия в теории информации // Большая российская энциклопедия. 2022. URL: https://bigenc.
  • ru/c/entropiia-v-teorii-informatsii-8e42df (дата обращения: 20.09.2023).
  • Jaynes E. T. Information theory and statistical mechanics // Physical review. 1957. Vol. 106, No 4. P. 620–
  • 630.
  • Maxent is now open source! // American Museum of Natural History. URL: https://biodiversityinformatics.
  • amnh.org/open_source/maxent/ (дата обращения: 20.09.2023).
  • Maximum-entropy species distribution modeling tutorial // Microsoft Download Center. 2010. URL: https://
  • www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=52427(дата обращения: 20.09.2023).
  • Phillips S. J. A brief tutorial on Maxent. Network of conservation educators and practitioners, center for
  • biodiversity and conservation, American Museum of Natural History // Lessons in Conservation. 2009.
  • Vol. 3. P. 108–135. URL: https://www.amnh.org/content/download/141371/2285439/file/LinC3_
  • SpeciesDistModeling_Ex.pdf (дата обращения: 20.09.2023).
  • Phillips S. J., Anderson R. P., Schapire R. E. Maximum entropy modeling of species geographic distributions // Ecological Modelling. 2006. Vol. 190. P. 231–259.
  • Phillips S. J., Dudik M. Modeling of species distributions with Maxent: new extensions and a comprehensive
  • evaluation // Ecography. 2008. Vol. 31. P. 161–175. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/
  • full/10.1111/j.0906-7590.2008.5203.x (дата обращения: 20.09.2023).
  • Schisterman E. F., Perkins N. J., Liu A., Bondell H. Optimal cut-point and its corresponding Youden index to
  • discriminate individuals using pooled blood samples // Epidemiology. 2005. Vol. 16 (1). P. 73–81.
  • DOI: 10.1097/01.ede.0000147512.81966.ba
  • The R project for statistical computing. 2023. URL: https://www.r-project.org/ (дата обращения:
  • 26.07.2023).
Еще
Статья научная