Kurs:Mathematische Modellbildung/Themen/Neuronales Netz/Modellierungszyklus Universität

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Ziel[Bearbeiten]

  • Monitoring für verschiedene Vogelarten durch Wildkameras und durch Algorithmus wird der Vogel bestimmt (teils mit Fuzzylogik)
  • Heatmap / Verbreitungskarte als dreidimensionale Dichtefunktion [1]
  • mehrdimesionales Integral, um Vogeldichte (Volumen) verschiedener Regionen zu beobachten
  • Berücksichtigung verschiedener (einzelnen) Aspekte, die Verbreitung beeinflussen
  • z.B Klimawandel, Einfluss von Naturschutzprogrammen (Verbesserung der Wasserqualitäten, Verdrängen der einheimischen Arten durch eingewanderte Arten)

Mathematische Theorie[Bearbeiten]

Dichtefunktion/ dreidimensionale Heatmap[Bearbeiten]

  • Häufigkeit und Konzentration der Vogelart in verschiedenen Gebieten visuell erfassen
  • Regionen identifizieren, in denen die Vogelart besonders häufig oder selten anzutreffen ist
  • Wahrscheinlichkeit bestimmen, dass eine bestimmte Anzahl von Vögeln in einem bestimmten Bereich beobachtet wird
  • Vergleiche zwischen Standorten, Zeiträumen etc. ziehen und Trends erkennen
  • Dichtefunktion ermöglicht präzisere Darstellung des Vorkommens einer Vogelart, erlaubt uns, räumliche Verteilung und Wahrscheinlichkeiten in Bezug auf Anzahl der Vögel zu berücksichtigen
  • Dichtefunktion hilft, Einblicke in das Verhalten und die Ökologie der Vogelart zu gewinnen und informierte Entscheidungen im Naturschutz und bei der Lebensraumplanung zu treffen

Integration der Dichtefunktion[Bearbeiten]

Die Integration der Dichtefunktion beim Vogelvorkommen ermöglicht uns:

  • die Berechnung der Wahrscheinlichkeit des Vogelvorkommens in bestimmten Gebieten
  • den Vergleich von Wahrscheinlichkeiten zwischen verschiedenen Regionen
  • die Ermittlung des durchschnittlichen Vogelvorkommens
  • die Identifizierung von Ausreißern oder ungewöhnlichen Vorkommnissen

Modellierung[Bearbeiten]

Dreidimensionale Heatmap[Bearbeiten]

  • Dichtefunktion über Bayern
  • Sei Ω ⊂ R ein Intervall

Eine Funktion f ∶ Ω → R heißt Dichtefunktion (oder Dichte oder Wahrscheinlichkeitsdichte) (auf Ω), falls die folgenden Bedingungen gelten:

  • es gilt f(x)≥0 für alle x∈Ω.
  • f ist (Lebesgue)-integrierbar mit ∫ f(x) dx = 1.


Landkreise Bayern[Bearbeiten]

Dargestellt sind die Landkreise von Bayern mit einem selbstgewähltem Raster
Rastereinteilung Unterfranken

Dichtefunktion mit Maxima[Bearbeiten]

Dichtefunktion der Vogeldichte


Plot der Dichtefunktion
Höhe der Dichtefunktion

Vereinfachung und Bewertung des Modellierungszyklus[Bearbeiten]

  • Mehrdimensionale Dichtefunktion und Integralrechnung verbessern Heatmaps im Vogelmonitoring
  • ermöglichen präzisere Betrachtung von Regionen und Einbeziehung von Umweltfaktoren
  • Fasilogik hilft, wahrscheinliche Ursachen für Veränderungen zu bestimmen.
  • Falsche Daten können die Zuverlässigkeit des Algorithmus beeinträchtigen.

Warum GeoGebra[Bearbeiten]

  • Rastereinteilung von geographischen Landkarten
  • Erstellung eines Rasters mit gleichmäßigem Abstand
  • alle Raster haben die gleiche Größe

Warum Maxima[Bearbeiten]

  • 3 dimensionale Darstellung
  • Darstellung komplexerer Funktionsgraphen
  • Vereinfachung und Lösung langer Gleichungen
  1. https://niebert.github.io/WikiversityDoc/cas4wiki.html