A12 작품설명서.hwp



Similar documents
04 Çмú_±â¼ú±â»ç

< 서식 5> 탐구보고서표지 제 25 회서울학생탐구발표대회보고서 출품번호 유글레나를이용한산소발생환경의탐구 소속청학교명학년성명 ( 팀명 ) 강서교육청서울백석중학교 3 임산해 [ 팀원이름 ]

= ``...(2011), , (.)''

회원번호 대표자 공동자 KR000****1 권 * 영 KR000****1 박 * 순 KR000****1 박 * 애 이 * 홍 KR000****2 김 * 근 하 * 희 KR000****2 박 * 순 KR000****3 최 * 정 KR000****4 박 * 희 조 * 제

ad hwp

2013unihangulchar {45380} 2unihangulchar {54617}unihangulchar {44592} unihangulchar {49328}unihangulchar {50629}unihangulchar {51312}unihangulchar {51

안 산 시 보 차 례 훈 령 안산시 훈령 제 485 호 [안산시 구 사무 전결처리 규정 일부개정 규정] 안산시 훈령 제 486 호 [안산시 동 주민센터 전결사항 규정 일부개정 규

< 목차 > Ⅰ. 연구동기 1 Ⅱ. 연구목적 1 Ⅲ. 연구내용 2 1. 이론적배경 2 (1) 직접제작한물질의기본구조 2 (2) 회절격자의이론적배경 3 (3) X-선회절법-XRD(X-Ray Diffraction) 3 (4) 브래그의법칙 (Bragg`s law) 4 (5)

Microsoft PowerPoint - chap04-연산자.pptx

(001~006)개념RPM3-2(부속)

exp

와플-4년-2호-본문-15.ps

<5BB0EDB3ADB5B55D B3E2B4EBBAF12DB0ED312D312DC1DFB0A32DC0B6C7D5B0FAC7D02D28312E BAF2B9F0B0FA20BFF8C0DAC0C720C7FCBCBA2D D3135B9AEC7D72E687770>

- 2 -

춤추는시민을기록하다_최종본 웹용

* pb61۲õðÀÚÀ̳ʸ


<C1DF29BCF6C7D020315FB1B3BBE7BFEB20C1F6B5B5BCAD2E706466>

02-³í´Ü1

statistics

Xcrypt 내장형 X211SCI 수신기 KBS World 채널 설정법

<B3EDB9AEC0DBBCBAB9FD2E687770>

ºñ»óÀå±â¾÷ ¿ì¸®»çÁÖÁ¦µµ °³¼±¹æ¾È.hwp

마지막 변경일 2018년 5월 7일 ** 이항분포와 정규분포의 관계 ** Geogebra와 수학의 시각화 책의 3.2소절 내용임. 가장 최근 파일은 링크를 누르면 받아 보실 수 있습니다.

지도상 유의점 m 학생들이 어려워하는 낱말이 있으므로 자세히 설명해주도록 한다. m 버튼을 무리하게 조작하면 고장이 날 위험이 있으므로 수업 시작 부분에서 주의를 준다. m 활동지를 보고 어려워하는 학생에게는 영상자료를 접속하도록 안내한다. 평가 평가 유형 자기 평가

제 53 회서울특별시과학전람회 예선대회작품설명서 본선대회작품설명서 쓰나미의피해를최소화시키는건물과 건물배치에대한탐구 출품번호 S-504 출품분야학생부출품부문지구과학 학교명학년 ( 직위 ) 성명

나하나로 5호

문제지 제시문 2 보이지 않는 영역에 대한 정보를 얻기 위하여 관측된 다른 정보를 분석하여 역으로 미 관측 영역 에 대한 정보를 얻을 수 있다. 가령 주어진 영역에 장애물이 있는 경우 한 끝 점에서 출발하여 다른 끝 점에 도달하는 최단 경로의 개수를 분석하여 장애물의

¾ç¼ºÄÀ-2


Ⅰ Ⅱ ? ? Ⅲ Ⅳ

트렌드29호가제본용.hwp

연구노트

집합 집합 오른쪽 l 3. (1) 집합 X 의각원소에대응하는집합 Y 의원소가단하나만인대응을 라할때, 이대응 를 X 에서 Y 로의라고하고이것을기호로 X Y 와같이나타낸다. (2) 정의역과공역정의역 : X Y 에서집합 X, 공역 : X Y 에서집합 Y (3) 의개수 X Y

Microsoft PowerPoint - chap05-제어문.pptx

2003report hwp

CC hwp

쓰리 핸드(삼침) 요일 및 2405 요일 시간, 및 요일 설정 1. 용두를 2의 위치로 당기고 반시계방향으로 돌려 전날로 를 설정합니다. 2. 용두를 시계방향으로 돌려 전날로 요일을 설정합니다. 3. 용두를 3의 위치로 당기고 오늘 와 요일이 표시될 때까지 시계방향으로

1809_2018-BESPINGLOBAL_Design Guidelines_out

G hwp

<B1DDC0B6B1E2B0FCB0FAC0CEC5CDB3DDB0B3C0CEC1A4BAB82E687770>

152*220

¼Òâ¹Ý¹®Áý¿ø°í.hwp

77

#7단원 1(252~269)교

Vector Differential: 벡터 미분 Yonghee Lee October 17, 벡터미분의 표기 스칼라미분 벡터미분(Vector diffrential) 또는 행렬미분(Matrix differential)은 벡터와 행렬의 미분식에 대 한 표


00-10.hwp

쌍백합23호3

(연합뉴스) 마이더스

< E5FBBEABEF7C1DFBAD0B7F9BAB02C5FC1B6C1F7C7FCC5C25FB9D75FB5BFBAB05FBBE7BEF7C3BCBCF65FA1A4C1BEBBE7C0DABCF62E786C73>

2009_KEEI_연차보고서

2015년9월도서관웹용

내지-교회에관한교리

ok.

금강인쇄-내지-세대주의재고찰


[ 물리 ] 과학고 R&E 결과보고서 유체내에서물체의마찰력에미치는 표면무늬에대한연구 연구기간 : ~ 연구책임자 : 홍순철 ( 울산대학교 ) 지도교사 : 김영미 ( 울산과학고 ) 참여학생 : 김형규 ( 울산과학고 ) 노준영 (

물의 증기압과 증발 엔탈피 실험 일자 : 2016년 1월 11일 (월) 공동실험자 : 이주찬, 이주찬 제 출 자 : 이주찬 실험 개요 I 실험 목적 온도에 따른 물의 증기압을 실험으로 측정한다. 측정 결과를 이용하여 물의 증발

wtu05_ÃÖÁ¾

......

새로운 지점에서 단이 시작하는 경우 기둥코로 시작하라고 표시합니다. 기둥코(standing stitch)로 시작하는 방법은 YouTube 에서 찾아볼 수 있습니다. 특수 용어 팝콘뜨기: 1 코에 한길긴뜨기 5 코, 바늘을 빼고 첫번째 한길긴뜨기코의 앞에서 바늘을 넣은

병원이왜내지최종본1


4-Ç×°ø¿ìÁÖÀ̾߱â¨ç(30-39)

Microsoft PowerPoint - chap02-C프로그램시작하기.pptx


온습도 판넬미터(JTH-05) 사양서V1.0

Microsoft 을 열면 깔끔한 사용자 중심의 메뉴 및 레이아웃이 제일 먼저 눈에 띕니다. 또한 은 스마트폰, 테블릿 및 클라우드는 물론 가 설치되어 있지 않은 PC 에서도 사용할 수 있습니다. 따라서 장소와 디바이스에 관계 없이 언제, 어디서나 문서를 확인하고 편집

1 경영학을 위한 수학 Final Exam 2015/12/12(토) 13:00-15:00 풀이과정을 모두 명시하시오. 정리를 사용할 경우 명시하시오. 1. (각 6점) 다음 적분을 구하시오 Z 1 4 Z 1 (x + 1) dx (a) 1 (x 1)4 dx 1 Solut

2014학년도 수시 면접 문항


<B9CEBCBCC1F828C8AFB0E6B1B3C0B0292E687770>

Red Dot Award: Communication Design 에 참 하기 결정해 주셔서 기쁩니다. "성공을 위한 안내서"는 등 절 에 대해 안내 니다. 지체 말고 언 든지 연 해 주 오. Red Dot 은 등 절 또는 등 후 절 를 기꺼 와드 겠습니다. 01 Int

41호-소비자문제연구(최종추가수정0507).hwp

고 학년도 9월고수학 1 전국연합학력평가영역문제지 1 1 제 2 교시 수학영역 5 지선다형 3. 두다항식, 에대하여 는? [ 점 ] 1. 의값은? ( 단, ) [ 점 ] 다항식 이 로인수분해될때, 의값은? ( 단,,

서울도시연구_13권4호.hwp

내지(교사용) 4-6부

<30325FBCF6C7D05FB9AEC7D7C1F62E687770>

2002report hwp

Microsoft Word _pricing strategy.doc

모수 θ의 추정량은 추출한 개의 표본값을 어떤 규칙에 의해 처리를 해서 모수의 값을 추정하는 방법입니다. 추정량에서 사용되는 규칙은 어떤 표본을 추출했냐에 따라 변하는 것이 아닌 고정된 규칙입니다. 예를 들어 우리의 관심 모수가 모집단의 평균이라고 하겠습니다. 즉 θ

설계란 무엇인가?

= " (2014), `` ,'' .." " (2011), `` ,'' (.)"

A14240G2026_보고서.hwp

완벽한개념정립 _ 행렬의참, 거짓 수학전문가 NAMU 선생 1. 행렬의참, 거짓개념정리 1. 교환법칙과관련한내용, 는항상성립하지만 는항상성립하지는않는다. < 참인명제 > (1),, (2) ( ) 인경우에는 가성립한다.,,, (3) 다음과같은관계식을만족하는두행렬 A,B에

~

02...~29.

hwp

7) 다음의 다음 9) 남학생과 9. zb 여학생 각각 명이 갖고 있는 여름 티 셔츠의 개수를 조사하여 꺾은선그래프로 나타낸 것 이다. 이 두 그래프의 설명으로 옳지 않은 것은? ㄱ. ㄴ. 회째의 수학 점수는 점이다. 수학 점수의 분산은 이다. ㄷ. 영어점수가 수학 점

- 1 -

Journal of Life Science 2011, Vol. 21. No μ μ

2 Journal of Disaster Prevention

....pdf..

248019_ALIS0052.hwp

12.5 수정본.hwp

1


0.筌≪럩??袁ⓓ?紐껋젾 筌

Art & Technology #5: 3D 프린팅 - Art World | 현대자동차

Transcription:

<서식5> 탐구보고서 표지 제25회 서울학생탐구발표대회 보고서 출품번호 다층 세포자동자(multi-layer cellular automata)를 이용한 피 포식자 관계 모델링 2010. 10. 4. 소 속 청 학 교 명 학 년 성 명(팀명) 서울시 교육청 서울과학고등학교 1 Black Neo [팀원 이름] 강성진 이재범 비고 1. 탐구보고서는 A4 용지에 표지서식 포함 20쪽 이내의 분량으로 작성한 후 좌철 제본 2. 본선 및 고교 예선용 5부 중 4부는 인적사항이 드러나지 않도록 학년만 기록 3. 본문 내용은 탐구동기 및 탐구내용, 탐구절차와 방법, 탐구결과, 결론, 참고문헌 등이 포 함되도록 하며, 신명조 11포인트, 줄간격 160, 좌우 여백 25, 상하 25를 기준으로 함 4. 단체(팀)인 경우, 팀명과 팀원 이름을 기재함 1

다층 세포 자동자를 이용한 피 포식자 관계 모델링 1202 강성진, 1408 이재범 지도교사 : 이윤주 초 록 본 연구에서는 다층 세포 자동자(multi-layer cellular automata) 를 이용하 여 자연에서의 생산자 1 차 소비자 (피식자) 2 차 소비자 (포식자) 와의 관계를 알고리즘으로 구현하였고 이를 바탕으로 수학적인 모델을 만들어 개 체 수의 급격한 변화가 없는 평형점에 대해 분석하였다. Ⅰ. 서론 기존의 생태계 포식자 피식자 관계를 모델링 한 것으로 대표적인 예로 Lotka - Volterra 모델을 들 수 있다. [1] 이 모델은 개체 수의 변화를 주안점으로 둔 모델 이다. 하지만 우리의 경우 개체수를 분석하는 것뿐만이 아니라 개체의 2 차원 적인 상호 작용을 고려하기 위하여 세포 자동자(cellular automata) 를 이용하였다. 세포 자동자를 이용한 모델로 대표적으로 Lattice Prey Predator 모델을 들 수 있는데 이 모델에서는 한 셀에 단 한 가지의 정보만 가질 수 있었다. [2] 하지만 우리의 모델에서는 각 개체에 대한 데이터를 여러 개의 층으로 나누어 각각의 층에 서로 대응되는 격자(cell) 가 특정한 알고리즘에 따라 상호 작용한다고 생각하여 개체의 수를 추정할 수 있었다. 이러한 모델을 바탕으로 피식자의 수가 일정하게 나타나는 평형 상태를 분석하였는데 피식자의 평형 상태의 수가 초기 조건에 상관없이 언제 나 일정하게 나타난다는 사실을 확인할 수 있었다. 따라서 우리는 본 연구에서 우 리의 모델에서 어떻게 피식자의 평형 상태에서의 수가 초기 조건과 무관하게 일정 하게 나타나는지를 규명하였고, 평형 상태에 어떻게 도달할 수 있는지 정성적으로 살펴보았다. Ⅱ. 모델 우리의 피식자 - 포식자 모델은 기본적으로 다음과 같은 사실을 가정한다. 1. 모델에 나타나는 모든 개체는 자연사 하지 않는다. 이와 같은 가정을 한 이유는 실제 자연 생태계에서 개체가 다른 동물에 잡혀 먹지 않고 자연사 하는 경우는 극 히 드물기 때문이다. 2

2. 모든 개체는 격자 형태의 공간에 배치되며, 각 격자 공간에는 0 (개체가 존재 안함) 또는 1 (개체가 존재)의 상태만을 가질 수 있다. 이는 최대한 단순한 모델을 이용하여 결과를 도출하기 위함이다. 우리의 모델을 설명하기 위해서 다음과 같이 기호를 정의한다. Ⅱ-1. 기호 및 용어 정의 먼저 세대 란 알고리즘이 적용된 횟수를 의미하며 처음 무작위로 배열된 상태를 1세대로 한다. II-2에서 설명될 일련의 알고리즘에 따라 이전 세대의 배열 상태에 의해 다음 세대의 배열 상태가 유일하게 결정된다. 셀 은 위에 사용했던 격자 와 동일한 용어로 한 칸을 의미한다. 하나의 셀에는 하나의 정보가 들어가는데 본 알고리즘에서는 1 과 0 의 값을 가질 수 있다. 1 은 개체가 존재하는 것, 0 은 개체가 존재하지 않는 것 이란 맥락으로 이해할 수 있 으나 정확히 몇 마리가 있다고는 단정할 수 없다. 단순히 1 인 셀에는 0 인 셀보다 개체의 수가 더 많다는 정도로만 생각할 수 있다. 어떠한 셀의 값이 0에서 1 로 바 뀌는 것을 탄생, 값이 1 이였던 셀이 다음 세대에서도 1 인 것을 생존, 그리고 1 이었던 셀이 0 으로 바뀌는 것을 소멸 이라고 한다. 또한 변이나 꼭짓점을 공유하 는 셀들은 서로 이웃 하다라고 한다. 그림 1.1 의 오른쪽 그림을 보면 가운데 흰 부분에 이웃하는 셀들이 노란색으로 나타나 있다. 우리의 모델에서 가장 큰 특징인 층 은 생산자, 피식자, 포식자 각각의 개체에 대한 정보라고 볼 수 있다. 각 개체 마다 한 개의 층을 가지므로 3 개의 층이 있다 고 볼 수 있는데, 각각의 층은 N 행 N 열의 2 차원 평면이고, 각 층을 구별하기 위 하여 생산자 층은 정의한 문자를 그대로 사용하고, 피식자 층은 ` 를 붙이고 포식 자 층은 `` 를 붙여서 사용한다. 는 각각 번째 세대의 생산자, 피식자, 포식자 층의 i 행, j 열에서의 셀의 값을 의미한다. 예를 들어 4 번째 세대의 피식자 층의 3 행 2열에 위치한 셀을 나타내기 위해서는 로 표기하면 된다. 는 와 이웃한 셀 들 중 값이 1 인 셀의 개수 이다. 예를 들어 그림 2.2 의 왼쪽 위 그림을 보면 가운데 위치한 풀과 이웃한 셀 중 값이 1 인 것의 개수, 즉 값은 3 이다. 는 번째 세대에서 각 층의 값이 1 인 셀들의 총 개수 이다. 그 림 2.2 의 왼쪽 위 그림의 경우 값이 4 가 된다. 는 각 셀에 평균 적으로 존재하는 개체의 값이다. 3

포식자 피식자 d i, j ( t) 생산자 그림 2.1 생산자, 피식자, 포식자 층과 이웃에 대한 정의 Ⅱ-2. 각 세대별 생산자, 피식자, 포식자의 생존, 탄생, 소멸 조건 모델링 1. 생산자 층 그림 2.2 풀은 생산자, 토끼는 피식자. ⅰ. 생존 조건 ( 일 때 ) : 현재 생산자의 위치에 대응되는 피식자 층의 셀에는 개체가 존재 하지 않아야 한다. (피식자에 의해 먹히지 않을 조건) : 현재 생산자의 이웃들이 피식자 층의 대응되는 셀 의 이웃 수 보다 이상 많아야한다. (이동한 피식자에 의해 먹히지 않을 조건) 두 번째 조건을 그림으로 나타내면 그림 2.2 와 같다. 그림 2.2 는 이 2인 경우 를 나타낸 것이다. 1번 상황은 정 가운데의 생산자의 이웃에 있는 생산자수는 3마 리. 피식자 층에서 대응위치 주위의 피식자 수보다 2개체 더 많아 생존하게 된다. 4

하지만 2번 상황은 정 가운데의 생산자의 이웃에는 생산자가 존재하지 않고 피식자 층에서 대응위치의 이웃에 피식자가 1마리가 존재해 조건을 만족하지 못하게 되어 다음세대에서는 생산자가 죽게 된다. ⅱ. 탄생 조건 ( 일 때 ) : 탄생 전, 그 셀의 이웃에 이상의 생산자가 존재해야 한다. (실제로 생산자가 탄생하려면 수술의 화분과 암술의 밑씨가 만나야 한 다. 따라서 확률적으로 일정 수( ) 이상의 생산자가 주위에 존재해야 한다.) iii. 소멸 조건 이는 특별히 명시해줄 필요가 없는데 왜냐하면 생존 조건을 지키지 못한 셀은 다음 세대에서 자동으로 소멸되게 된다. 아래 피식자, 포식자의 경우도 마찬가지이니 명 시하지 않았다. 2. 피식자 층 그림 2.3 토끼는 피식자, 늑대는 포식자 ⅰ. 생존 조건 ( 일 때 ) : 현재 피식자와 대응위치에 있는 생산자 셀에 생산자가 존재해야 한다. (먹잇감이 있어야 생존할 수 있다.) : 현재 피식자와 대응위치에 있는 포식자 셀에 포식자가 존재하지 않아야 한다. (먹잇감이 되어 먹히지 않아야 생존할 수 있다.) : 현재 피식자와 포식자 층에서 대응 위치에 있는 셀 의 이웃에 있는 포식자의 총수보다 피식자의 이웃에 있는 피식자의 총 5

수가 이상 더 많아야한다. (사냥되는 피식자의 양이 일정하다면 피식자 의 이웃이 많을수록 피식자 자신이 죽을 확률은 줄어든다.) 그림 2.3 은 두 번째 조건을 설명하기 위한 그림이다. 그림 2.3 에서 을 3이 다. 1번 상황은 피식자 주위에 5마리의 피식자가 존재하지만 대응되는 위치의 주위 에 포식자가 2마리만 존재해 위의 부등식을 만족하게 된다. 따라서 정 가운데의 피 식자 개체는 다음세대에 살아남게 된다. 하지만 2번 상황은 주위에 4마리의 피식자 가 존재하며 대응되는 위치의 주위에 포식자가 2마리 존재하므로 위의 부등식을 만 족하지 못해 가운데의 피식자 개체는 다음 세대에 사망하게 된다. ⅱ. 탄생 조건 ( 일 때 ) : 다음세대의 이웃의 수가 마리 이상이어야 한다. (임신 한 개체가 임신기간을 지난 뒤에야 출산을 해 개체가 생성될 것이다.) 3. 포식자 그림 2.4 늑대는 포식자, 토끼는 피식자 ⅰ. 생존 조건 ( 일 때 ) : 포식자의 셀과 대응되는 위치에 있는 피식자 셀에 개체가 존재해 야한다. (가까이에 먹이가 존재해야 한다.) : 포식자 셀과 대응되는 위치의 셀 이웃에 존재하는 피식자의 수는 포식자 셀의 이웃에 존재하는 이웃의 수보다 이상 더 많아야한다. (같은 포식자끼리 먹이경쟁을 해도 살아남으려면 피식자 가 일정한 수 더 많아야한다.) 그림을 통해 두 번째 조건을 설명하면 인 경우 1번 상황에서 주위의 포식 6

자 수 2 마리가 주위의 피식자 수보다 4 마리 보다 2 만큼 적어 부등식을 만족하 지 못해 생존하지 못하지만 2번 상황에서는 3마리 적어 생존을 위핸 부등식을 만족 하게 된다. 따라서 가운데 개체는 다음 세대까지 살아남게 된다. ⅱ. 탄생 조건 ( 일 때 ) :다음세대의 이웃의 수가 마리 이상이어야 한다. (임신 한 개체가 임신기간을 지난 뒤에야 출산을 해 개체가 생성될 것이다.) Ⅲ. 시뮬레이션 Ⅲ-1. 초기조건 위 알고리즘을 바탕으로 R 언어와 C 언어를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. R 언어의 경우 C 에 비해 계산 속도가 느리지만 결과를 눈으로 확인하는 데에는 편리하기 때문에 아래 시뮬레이션 결과를 보기 위해서는 R 언어를, 단순히 수치적 인 데이터만은 C 언어를 이용하였다. 각각의 상수 값은 다음과 같이 설정하였다. Ⅲ-2. 시뮬레이션 결과 1) Lotka-Volterra 모델과의 연관성 그림 3.1 은 시뮬레이션의 N을 50으로 설정하고 39세대 이후의 모습을 나타낸 것이다. 왼쪽부터 생산자 층, 피식자 층, 포식자 층이다. 또한 그림에서 동그라미는 셀의 값이 1임을 뜻한다. 그림 3.1 N=50 일 때 39 번째 세대의 생산, 피식, 포식자 층의 모습 7

그림 3.2 N=50, 39 세대까지의 총 생산자, 피식자, 포식자의 개체 수 변화. 초기 조건은 피 식자, 포식자, 생산자 모두 동일한 수로 맞추었다. 그림 3.2 의 그래프는 39세대까지 시뮬레이션을 진행시킨 뒤, 생산자는 초록색, 피식자는 검은색, 포식자는 빨간색 선으로 각 종의 총 개체수의 변화를 나타낸 것 이다. 그래프를 보면 일정 순간부터 3종의 개체수가 작은 진동을 하며 생태계 평형 에 도달한 것을 알 수 있다. 또한 평형 상태에서 생산자, 피식자, 포식자의 극값들 (위의 점선으로 표시) 를 보면 일정한 세대 차이를 기준으로 나타남을 알 수 있다. 이는 Lotka-Volterra 모델에서 나타나는 기본적인 성질을 잘 반영했다고 볼 수 있 그림 3.3 N = 100 일 때 40 세대까지 시뮬레이션 한 모습으로 y 축은 피식자 수, x 축은 포식자 수 이다. 8

그림 3.4 그림 3.3 의 안정한 부분 (피식자 수는 4700~5000, 포식자 수는 1250~1500) 을 확대한 그림 다. 피식자와 포식자의 개체수의 변화를 각각 축과 축의 그래프로 나타내보면 그림 3.3과 같다. 그림 3.3 에서 피식자와 포식자의 개체 수는 초기에는 매우 큰 사이클을 그리며 상당히 불안정한 모습을 보이다가 몇 세대가 지나게 되면 변화의 사이클이 매우 작아지면서 상당히 안정한 모습을 보여줌을 알 수 있다. 안정된 모 습을 보이는 사이클을 확대해보면 그림 3.4 와 같다. 그림 3.4 를 통해서 피식자와 포식자 개체 수는 일정한 주기를 가지며 제한된 개체 수에서 순환되는 형태가 됨을 알 수 있다. 이러한 형태는 Lotka-Volterra 모델에서 나타나는 순환되는 형태와 주 기성에 일치한다. 따라서 우리가 모델을 위해 가정한 사실들이 실제 자연 생태계를 잘 묘사하고 있다고 볼 수 있다. 2) 피식자의 평형 상태에서의 개체 수 모든 시뮬레이션에서 동일하게 나타나는 특징은 바로 우리의 시뮬레이션에서 모 든 개체는 언제나 안정한 상태를 찾아간다는 것과, 피식자의 평형 상태는 외부 요 인에 영향을 받지 않는다는 점이였다. 그림 3.4 와 그림 3.5 는 피식자의 평형 상 태가 초기 포식자나 생산자의 초기 개수에 관련이 없음을 보여주고 있다. 그림 3.5 는 포식자의 초기 개수를 변화시키며 살펴본 것이고 그림 3.6 는 생산 자의 초기 조건만을 변화시켜서 살펴 본 것인데 이 두 경우 모두 동일한 평형 상태 에 도달하였다. 또한 그림 3.7 에서는 포식자와 생산자의 초기조건을 동시에 변화 9

그림 3.5 다양한 초기조건 하에서 피식자의 개체수 변화. 피식자의 수는 전체 셀 중 33%만 큼 피식자로 설정하였고, 포식자 만 초기조건을 50%, 33%, 20%, 10%, 2% 로 변화시킴. (N=1000, 80 세대까지 계산, 생산자 수는 고정) 그림 3.6 다양한 초기조건 하에서 피식자의 개체수 변화. 피식자는 전체 셀 중 33% 로 절정 하였고, 생산자 만 50%, 33%, 25%, 20% 로 변화시켰다. (N=500, 80 세대 까지 계산, 포 식자 수는 고정) 10

그림 3.7 N=150 이며, 피식자의 수는 1/3 의 확률로 초기에 탄생하도록 고정하였다. 반면 에 생산자와 포식자의 경우 1/(생산자 확률)과 1/(포식자 확률)을 (2,5) 부터 (8,20) 까지 변화시키며 (즉 (2,5), (2,6)... (2,20), (3,5),... (8,19), (8,20) 까지 총 112 회 시뮬레이션 함) 피식자의 평형 상태에서의 수 (여기서 평형상태는 80 번째 세대의 피식자의 수를 일컫 는다) 를 평형상태에서의 피식자의 수로 가정하였다. 시키며 비교한 것이다. 그림 3.7 을 보면 생산자와 포식자의 초기 조건을 어떻게 변화시키든지 간에 피식자의 평형 상태에서의 수는 언제나 일정하게 나옴을 알 수 있다. Ⅳ. 피식자 개체수의 평형 상태 규명 수식을 간단하게 나타내기 위해 몇 가지 함수들을 정의하였다. 11

는 값이 1 인 셀 주위에 존재하는 값이 1 인 이웃의 수의 평균을 8 로 나 눈 것으로. 다시 말해 값이 1 인 셀의 이웃의 평균적인 값이라 볼 수 있다. 마찬가 지로 는 값이 0 인 셀 주위에 존재하는 값이 1 인 이웃의 수의 평균을 8 로 나눈 값이다. 한편 정의에 의하여 와 는 다음과 같은 관계식을 만족한다. 1. 생산자의 평형 상태 먼저 평형 상태에서는 평형 상태가 어떻게 유지되는지부터 살펴보자. 생산자의 탄생 조건은 인데 이를 만족할 확률은 로 나타낼 수 있다. 보통 평형 상태에서 인데, 이 때 이 확률을 계산하면 0.9865 로 거 의 1 과 다름없다고 볼 수 있다. 즉, 평형 상태에서 0 이였던 셀은 무조건 다음 세 대에 1 이 된다고 볼 수 있다. 다음으로 평형 상태에서 생산자의 생존 조건도 계산 해보자. 일 확률은, 일 확률은 이므로 전체 확률은 로 볼 수 있다. N=200 일 때 평형 상태에서 의 평균값인 0.336 과 의 평균 값인 0.4437 을 넣으면 위 값은 0.2254 가 나온다. 위 두 값을 바탕으로 생산자 개체 수의 변화의 폭을 계산해보면 생산자의 평형 상태에서 평균적인 수인 22248 을 이용하면 로 변동의 폭이 전체 개체수인 22248 에 비해 1.2% 로 아주 작게 나온다. 즉, 평 형 상태가 지속적으로 유지된다고 볼 수 있다. 2. 피식자의 평형 상태 피식자의 평형 상태를 분석하기 위해서 한 개의 셀만 살펴보도록 하자. 이 셀의 1 세대에서 피식자가 태어났다고 하면 이 피식자 이웃에는 적어도 1 개 이상의 피 식자가 존재한다. (피식자의 탄생 조건) 이 때 이웃에 존재하는 피식자의 수를 n 12

개라 하자. 그렇다면 0 세대 때 주위에 마리의 피식자가 존재한다고 볼 때 0 세대에서 1 세대로 오면서 사망한 피식자는 마리라 볼 수 있다. 따라서 주 위에 대략 마리의 포식자가 존재한다고 볼 수 있다. 또한 피식자 1 세대 때 자신의 위치에 생산자가 있다고 확신할 수 있는데 왜냐하 면 이전의 계산에서 아무 것도 없던 곳에 생산자가 생길 확률이 0.98 이나 되었기 때문이다. 따라서 피식자 1 세대 때 자신의 자리에 생산자가 있을 확률은 1 로 부 아도 무방하다. 따라서 고려해야 될 사실은 0 세대 때 그 자리에 포식자가 있었는 지의 여부이다. 만일 0 세대 때 그 자리에 포식자가 있었더라면 피식자 1 세대 때 포식자는 사망 해서 없었을 것이고 0 세대 때 포식자가 없었더라면 1 세대 때 그 자리에 포식자의 생성 조건을 분석해야만 한다. 0 세대에서 1 세대로 오면서 마리의 포식자 가 다음 세대까지도 살아남았다고 볼 수 있다. 따라서 1 세대 때 그 자리에 포식자 가 생성되지 않기 위해서는 을 만족해야 한다. 그런데 1 세대의 피식자 가 다음 세대에도 살기 위한 조건인 을 고려하면 을 만족해야 하므로, 을 만족해야만 한다. 이 때 평형 상태에서 의 평균값인 0.34 를 이용하면 두 범위를 모두 만족하기 위해서는 임을 알 수 있다. 따라서 어떤 특정한 피식자가 2 세대까지 살아남기 위해서는 피식자 주위에 다음 세대까지 살아남는 피식자의 수가 1.7 마리 이상이면 된다는 사실을 알 수 있다. 피식자가 2 세대까지 살아남을 확률을 라고 정의하고 함수 을 로 정의한다면 은 다음 세대까지 특정한 피식자 주위에 개 이상 살아남 을 확률이라 볼 수 있다. Mathematica 를 통해 위 함수를 실수 범위로 확장할 수 있었고 이를 통해 을 계산할 수 있었는데 이 값은 당연히 가 된다. 따라 서 는 의 해 임을 알 수 있다. Mathematica 를 통해 의 그래프를 그려본 결과 그림 4.1 과 같이 나타났다. 13

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0 그림 4.1 N = 200, 일 때의 값을 토대로 의 그래프를 그려 본 것. 위 함수의 근으로 0 이라 할 수 있지만 이는 무의미한 값이므로 결과적으로 오 차의 범위 내에서 위 함수의 근으로 기울기가 일정한 지점의 정 가운데를 이 함수의 근사적인 근으로 택하였고 이 값은 대략 0.2774 이다. 정리해보면 포식자가 0 세대에 없을 확률은 이고 있을 확률은 로 보면 이 나왔다. 이 때 는 평균값인 0.338 을 사용하였는데 사실 평형 상태를 조금 분석해보면 포식자의 평형 상태에서의 값은 0에서 0.1 사이를 꽤 크게 변함을 알 수 있다. 하지만 를 를 기준으로 0.45 0.40 0.35 0.10 0.15 0.20 0.25 그림 4.2 의 그래프로 x 축은 이다. 이 때, 이 값의 변화가 0.35에서 0.45 사이로 크지 않다는 사실을 알 수 있다. 14

그래프를 그려보면 그림 4.2 와 같이 나온다. 이 때 주목할 점은 가 크게 변하 여도 의 값은 크게 변하지 않는다는 점이다. 다시 말이 이를 통 해 어째서 피식자는 초기조건에 크게 상관없이 동일한 평형 상태를 이루는지를 이 해할 수 있게 된다. 또한 피식자는 3 세대 이상 생존할 수 없는데, 만일 피식자가 1 세대 생존하였다 고 하면 이에 대응하는 위치에 있는 생산자는 두 번째 세대 때 사망하게 된다. 따 라서 두 번째 세대에는 대응하는 위치에 생산자가 없기 때문에 세 번째 세대에 사 망하게 된다. 따라서 어떠한 피식자도 3 세대 이상 생존할 수 없다. 마지막으로 피식자의 탄생 조건을 살펴보아야 하는데 탄생 조건은 다음 세대까지 살아남는 이웃한 피식자의 수가 1 개 이상이여야지만 탄생하게 된다. 이는 간단히 앞서 구한 함수 의 만을 대입해서 계산하면 되는데 이는 0.57 이 된다. 따라서 피식자 개체 수의 변화를 살펴본다면 이 된다. 이 값은 전체 피식자 개체의 8% 정도 되는 양이다. 이는 실제 시뮬레이션 결과인 1.5% 정도의 변동 보다 많지만 위 근사를 통한 오차를 고려하면 만족할만 한 값이라 생각된다. Ⅳ-2. 평형 상태에 도달하는 이유 먼저 생산자의 경우부터 생각하자. 초기에 평형 상태와 거리가 먼 값을 가지고 있었다고 가정한다. 다시 말해 에서 와 모두 변수로 취급한다는 뜻이다. 만일 이 매우 크다면 그림 4.3에서 볼 수 있듯 이 함숫값이 거의 0 이 되어 변수의 생존이 불가능 하고, 이 0 에 가까울 수 록 가 작아도 함숫값이 1 에 가깝게 된다. 15

그림 4.3 축은, y 축은 이다. 를 그린 것으로 x 따라서 초기 상태가 가 매우 큰 상태였다면 다음 세대에서 생산자는 거의 멸 종 되다 시피 할 것이다. 피식자 입장에서는 이 때문에 이 되어 그 다음 세대에 대부분 멸종 되어 버릴 것이다. 따라서 이 때문에 가 아주 작아지게 되 는데 생산자의 경우 일부 남아 있는 생산자들을 바탕으로 의 확률 로 탄생하게 된다. 이 때, 이전에 급격히 멸종 했던 것과는 달리 기존에 남아 있던 것 주위로 탄생하게 되므로 증가 속도가 앞서 멸종 했던 속도 보다는 느리지만 생 존 확률은 1 에 가깝기 때문에 생산자 인구가 평형 상태를 향해 증가되게 된다. 한 번 평형 상태에 돌입하게 되면, 예를 들어 가 0.6 정도만 되어도 탄생 확률은 1 에 달하기 때문에 그 개체수를 유지할 수 있게 된다. 피식자의 경우도 비슷하다. 생산자가 꽤 빠른 속도로 평형에 도달하기 때문에 의 값 만 고려해도 무방하게 된다. (생산자의 수가 매우 작았을 때 에는 이 함수 값보다는 오히려 일 확률이 더 지배적으로 작용) 16

그림 4.4 을 x 축을, y 축을 로 잡았다. 이 때, 평 면과 만나는 점에 주목한다. 이 때, 이다. 그림 4.5 을 x 축을, y 축을 로 잡았다. 이 때 평면과 만나는 점에 주목한다. 이 때, 이다. 17

그림 4.4 는 이 비교적 작을 때 경우의 모습이다. 평면과 함수가 만나는 교선이 바로 우리가 원하던 각 경우에 대한 값이라 볼 수 있다. 예를 들 어서 이 비교적 작을 때, 즉 1 정도 일 때 값은 0 이라 볼 수 있다. 다시 말해 생존이 불가능하다 라는 뜻이다. 탄생도 마찬가지로 가 작을 수 록 힘들어지게 된다. 이는 그래프를 위에서 아래로 보면서 평면과 만나는 교선을 기준에 대해 축 방향으로 1.0 에 도달했을 때의 값을 보면 알 수 있다. 그림 4.5 는 가 클 때의 모습으로 평면과 그래프가 두 가지 부분에서 만나는 데 당연하게도 가 클 수 록 값이 커지고 역시 생존 확률도 증가되는 것을 볼 수 있다. 하지만 이렇게 되면 생산자가 영향을 받게 되는데 에서 가 0.6 정도만 되어 도 함숫값이 급격히 작아지는 것을 볼 수 있다. 따라서 이 때문에 더 이상 일 확률을 무시하지 못하게 되므로 다시 개체수가 줄어들게 된다. 이러한 기작으로 점차 평형 상태에 도달한다는 점을 알 수 있다. Ⅴ. 결론 우리의 다층 세포 자동자를 이용한 피포식자 모델을 이용하여 생태계의 평형 상태 를 분석할 수 있었다. 또한 아주 간단한 몇 가지 규칙들을 정했음에도 불구하고 어 떠한 상황에서도 평형 상태에 도달할 수 있는 계를 보고 생태계의 평형이 다른 외 부 요인의 작용으로 인한 것이 아니라 그 자체의 정의만으로도 유도될 수 있는 결 론이라는 사실을 알았다. 덧붙여서 아직 증명을 하지는 못했지만 우리의 모델로부 터 몇 가지 더 발견한 사실을 쓰지만 우리의 모델에 의해 나타나는 피식자의 수치 적 데이터가 감쇄 진동과 유사한 형태를 띤다는 점이다. 또한 특정한 셀 주위에 분 포하는 셀의 개수도 주목할 점인데, 이 이웃한 셀의 개수 분포 그래프가 꼭 강제 진동의 진폭 그래프와 빼닮았다는 점인데 이러한 사실들을 통해 감쇄 진동과 우리 의 모델과의 관계를 규명할 수 있을 것이다. Ⅵ. 참고 문헌 1. J.D. Murray, 'Mathematical Biology: I. An Introduction (Interdisciplinary Applied Mathematics) (Pt. 1)' 2. Javier E. Satulovsky, (1996) Lattice Lotka-Volterra models and negative cross-diffusion., Journal of Theoretical Biology 18