Stochastic Models in Population Genetics (Benchmark papers in genetics ; 7)

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出版者:Hutchinson Ross Publishing Company
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页数:0
译者:
出版时间:1977-03
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9780879332600
丛书系列:
图书标签:
  • Population Genetics
  • Stochastic Models
  • Mathematical Biology
  • Evolutionary Biology
  • Genetics
  • Biostatistics
  • Probability
  • Benchmark Papers
  • Theoretical Biology
  • Quantitative Genetics
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具体描述

现代生物学中的数学建模:从群体遗传学到生态动力学 聚焦: 本书旨在深入探讨在现代生物学研究中,数学模型,特别是随机过程理论,是如何被用来理解和预测复杂生物现象的。本书的重点在于展示如何将抽象的数学工具应用于具体的生物学问题,涵盖从分子水平的遗传变异到宏观尺度的物种动态。 --- 第一部分:随机过程与遗传结构的基础 第1章:马尔可夫链在群体遗传学中的应用 本章将详尽阐述马尔可夫链(Markov Chains)作为描述遗传漂变(Genetic Drift)和基因频率变化的强大工具。我们将从最基本的Wright-Fisher模型和Moran模型出发,构建离散时间、有限状态空间的随机过程模型。重点分析有效种群大小 ($N_e$) 的概念及其对演化速率的影响。讨论如何利用吸收概率和平均回时(Mean Recurrence Time)来量化特定等位基因在群体中固定或丢失的可能性。深入探讨了有限群体中中性漂变(Neutral Drift)的特性,包括基因多样性的衰减率。 第2章:分支过程与基因家族的扩张 本章转向分支过程(Branching Processes)在理解基因复制、拷贝数变异(CNV)以及病毒复制动力学中的应用。我们将介绍Galton-Watson过程及其在描述基因家族(Gene Families)随时间增长中的应用。重点分析了生存函数(Survival Function)和平均子代数(Mean Offspring Number)对家族规模分布的决定性影响。此外,本章还会涉及带有竞争或环境依赖性的受限分支过程,用以模拟竞争环境下的基因或细胞扩张。 第3章:扩散方程与连续时间模型 本章将随机过程的框架从离散时间扩展到连续时间,重点介绍随机微分方程(Stochastic Differential Equations, SDEs)和福克-普朗克方程(Fokker-Planck Equation)。我们将展示如何利用SDEs来描述连续基因频率的变化,特别是在考虑迁移(Migration)和突变(Mutation)等连续流事件时。福克-普朗克方程的应用将集中于构建基因频率的概率密度函数随时间演化的连续性描述,并探讨其在边界条件下的解析解和数值逼近方法。 --- 第二部分:生态系统中的相互作用与动力学 第4章:随机环境下的生态系统建模 生物系统往往处于不确定的环境中。本章探讨随机性如何影响种群动态。我们引入随机环境模型(Stochastic Environmental Models),区分内部随机性(个体变异)和外部随机性(环境波动)。重点分析了具有环境白噪声或有色噪声驱动的种群增长模型(如随机Logistic模型)。探讨了环境波动对种群灭绝风险的放大效应,并对比了确定性模型(如Lotka-Volterra模型)与随机模型在预测长期稳定性和短期波动性上的差异。 第5章:捕食者-猎物系统的随机网络动力学 本章聚焦于多个物种间相互作用的网络化结构,特别是捕食者-猎物系统。我们使用随机过程来构建基于事件的模拟(Stochastic Event-Based Simulation),例如Gillespie算法,来精确模拟单个事件(捕食、出生、死亡)的随机发生。分析了在稀疏条件下,随机性如何导致看似稳定的确定性系统出现意料之外的物种共存或快速灭绝。本章还将讨论基于网络拓扑的随机性传播效应。 第6章:空间结构与群落扩散模型 将随机性引入空间维度是理解生物群落动态的关键。本章探讨了反应-扩散方程(Reaction-Diffusion Equations)的随机版本,即所谓的空间随机过程。重点分析了种群在非均匀环境中的扩散过程,以及如何使用随机游走模型(Random Walks)来模拟个体的空间移动。讨论了斑块状栖息地(Patchy Habitats)中,扩散限制如何影响物种的竞争排除和生物多样性维持。引入了Metapopulation(亚种群)模型,利用随机连通性来描述物种的区域性灭绝与再定殖过程。 --- 第三部分:复杂性与模型的检验 第7章:随机过程在系统发育学中的应用 本章将随机模型应用于历史生物学问题。重点介绍分子钟模型(Molecular Clock Models)及其基于泊松过程的构建,用于估计物种分化时间。深入分析了贝叶斯推断框架下,如何利用连续时间马尔可夫链(CTMC)来建模DNA序列或氨基酸序列的变化过程(如Jukes-Cantor, Kimura 2-参数模型)。讨论了在不同演化速率假设下,谱系(Phylogenetic Trees)生成过程的随机性对参数估计可靠性的影响。 第8章:模型校准与数据拟合的统计推断 再复杂的数学模型也需要与真实数据进行对话。本章关注如何从实验数据中估计模型的随机参数。讨论了最大似然估计(MLE)在处理涉及随机过程的复杂模型时所面临的挑战,特别是当解析解不可得时。重点介绍蒙特卡洛方法(Monte Carlo methods),如马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)技术,在后验分布估计中的关键作用。本章强调了模型选择和模型验证的重要性,确保随机模型的预测能力不仅在统计上显著,而且在生物学上具有解释力。 第9章:随机过程在演化博弈论中的延伸 将随机性融入到经典的演化博弈论框架中,以描述策略选择的随机性。本章探讨了具有噪声的模仿(Imitation)过程,以及如何在有限种群中,通过突变和选择的随机交互来稳定或破坏演化稳定策略(ESS)。分析了“噪声驱动的演化”如何促进策略的多样性,即使在纯粹的确定性模型中可能不会出现。应用案例包括合作行为的起源和维持。 --- 结语:展望随机模型的未来 本书最后总结了随机模型在理解复杂生物现象中的核心地位,并展望了未来在机器学习与随机过程交叉领域的潜力,特别是在处理高维、非线性和非平稳生物数据流方面的应用前景。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的封面设计就散发着一种古老而又严谨的气息,古朴的字体和略显泛黄的纸张质感,似乎在暗示着它是一部承载着深厚学术积淀的作品。我被它吸引,很大程度上是因为“Stochastic Models”和“Population Genetics”这两个词语的组合。在我看来,将随机性引入到生物种群遗传学的研究中,无疑是打开了一个全新的视角。传统的模型往往假设了理想化的条件,例如无限大的种群,或者没有突变、迁移、选择等因素的影响。然而,在现实世界中,任何种群的繁衍和遗传变异都充斥着偶然和不确定性。微小的漂移事件,随机的交配,甚至突发性的环境变化,都可能对种群的基因频率产生深远的影响。这本书,我相信,正是试图系统地捕捉和量化这些随机过程,从而更真实地模拟和预测种群遗传学的动态。我尤其期待它能深入探讨诸如遗传漂变(genetic drift)的数学描述,它在小种群中的作用,以及它如何与自然选择相互作用。另外,对于诸如等位基因频率波动,有效种群大小(effective population size)的估算,以及不同进化力量(选择、突变、漂变、迁移)在种群遗传变异中的相对重要性等问题的探讨,我也充满了好奇。这本书的“Benchmark papers”系列定位,也让我对其内容有了更高的期待,这意味着它很可能收录了该领域具有开创性和奠基性意义的经典论文,能够让我一窥该学科发展的脉络和核心思想。我希望它能提供清晰的数学框架和严谨的推导过程,让我能够理解这些随机模型的精妙之处,并学到如何应用这些工具去分析真实的生物数据。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是,它将抽象的数学理论与生物学的实际问题紧密地联系在了一起。我尤其关注书中关于“突变”和“选择”如何与随机过程相互作用的部分。遗传漂变虽然是随机的,但它并非孤立存在,它总是与突变、选择、迁移等其他进化力量共同作用。我迫切想知道,书中是如何通过数学模型来刻画这些相互作用的。例如,在考虑选择的时候,一个有利等位基因的固定速度,是否会受到遗传漂变的影响?在小种群中,一个有利的突变是否更容易被漂变随机地丢失?书中是否会提供一些经典的模型,例如 Wright-Fisher 模型或者 Moran 模型,并在此基础上引入选择和突变?我还在思考,这些模型对于理解“中性进化”(neutral evolution)和“适应性进化”(adaptive evolution)的界限,有怎样的启示。另外,对于“近乎中性”(nearly neutral)的突变,即那些选择系数很小,以至于其演化轨迹很大程度上受漂变控制的突变,书中是否会有深入的讨论?我期望这本书能够提供一些具体的案例,展示如何利用这些随机模型来分析真实的生物数据,例如,通过分析基因组序列数据来推断过去种群的经历,或者预测未来种群的演化趋势。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是,原来种群遗传学可以如此“不确定”而又“有章可循”。在没有阅读这本书之前,我对遗传漂变的理解可能还停留在比较模糊的层面,知道它是一种随机过程,会导致等位基因频率的波动,尤其在小种群中作用明显。然而,这本书无疑将这一概念进行了数学化和系统化。我非常希望它能够提供严谨的数学推导,来描述等位基因频率在世代间的随机变化,例如,使用马尔可夫链(Markov chain)或者扩散过程(diffusion process)来刻画这些动态。书中是否会详细讲解如何计算一个等位基因在下一代丢失的概率,或者固定(fixation)的概率?对于不同大小的种群,遗传漂变对基因多样性的影响机制,是否会通过具体的模型进行量化分析?我还在思考,这本书是否会涉及一些“大尺度”的随机模型,例如,模拟整个染色体组的演化,或者考虑不同基因座之间的连锁不平衡(linkage disequilibrium)效应。另外,对于“有效种群大小”(effective population size)这个关键概念,我希望这本书能够提供深入的讨论,包括它的计算方法,以及它如何影响遗传漂变的强度。理解这些随机模型,不仅能够帮助我更深入地理解种群遗传学的理论,更能为我今后在实际研究中,例如分析濒危物种的遗传多样性,或者评估转基因作物在自然环境中传播的可能性,提供重要的理论指导。

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这本书的标题——“Stochastic Models in Population Genetics”——本身就充满了学术的严谨和探索的深度。当我翻开它时,我立即被其中那种严谨的数学推导和精密的逻辑所吸引。我特别想了解书中关于“随机游走”(random walk)在种群遗传学中的应用。随机游走是一种描述粒子在空间中随机移动的数学模型,它非常适合用来模拟等位基因频率在世代间的随机波动。书中是否会详细介绍如何将一个种群的基因频率变化,映射为一个随机游走的过程?例如,将等位基因的出现看作一步的移动,而不同的等位基因数量则构成了这个“空间”。我还在思考,利用随机游走的理论,是否能够推导出等位基因固定概率的公式?或者,用来计算一个等位基因在达到某个特定频率之前,需要经过多少世代的随机波动?我期待书中能够提供清晰的图示和详细的推导过程,让我能够直观地理解这些抽象的数学模型。此外,这本书的“Benchmark papers”定位,也预示着它将会收录该领域最经典、最有影响力的论文,让我能够接触到最前沿的研究思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是,它是一本能够“颠覆”你对种群遗传学固有认知的书。在未读此书之前,我可能更倾向于理解那些决定性的、因果性的遗传过程,例如孟德尔定律。然而,这本书却将“随机性”这个看似“不确定”的因素,置于种群遗传学的核心地位,这无疑是一个巨大的视角转变。我非常期待书中能够深入探讨“基因流”(gene flow)和“迁移”(migration)在随机模型中的作用。当一个种群与其他种群之间存在基因流时,这会对该种群的遗传漂变产生怎样的影响?它是否会减缓漂变的速度,从而增加遗传多样性?书中是否会提供数学模型来描述基因流和漂变之间的相互作用?例如,通过引入空间结构(spatial structure)或者宏观模型(metapopulation model)来刻画不同种群之间的迁移过程,以及这些迁移如何影响整体的基因频率分布。我还在思考,这些模型对于理解物种的地理分布、适应性演化,甚至是非洲祖先理论(out-of-Africa theory)等宏观进化问题,会有怎样的启示?我希望书中能够提供一些实际案例,展示如何利用这些模型来分析真实世界的种群数据。

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读完这本书,我感觉自己仿佛经历了一场思想的洗礼。它并非那种让你捧着就能轻松读懂的入门读物,而是需要你静下心来,反复咀嚼,才能体会其中精髓的学术著作。我尤其被书中关于“模拟”的部分所吸引。 population genetics 的研究,很多时候我们无法直接进行大规模的实验,那么,通过构建和运行随机模型来模拟种群的演化过程,就显得尤为重要。我迫切想了解书中是如何详细阐述这些模型的构建步骤的,从定义基础的参数,到如何将随机因素融入其中,再到如何设计和解读模拟的结果。例如,对于一个给定的基因座,在一定代数下,不同等位基因的频率会如何随机波动?如果种群受到某种选择压,这种选择是否能克服随机漂变的影响?书中是否会提供一些经典的模拟算法,并对其优缺点进行分析?我还在思考,这些模型对于理解一些特殊的进化现象,比如物种形成、适应性演化、甚至是基因在种群中的传播和丢失,会有怎样的指导意义。我特别期待书中能够深入探讨不同随机模型之间的比较,例如,对于同一类问题,哪些模型更为有效?它们的假设条件是什么?在什么情况下,一种模型比另一种更为合适?我对书中可能涉及的统计学方法也充满了期待,毕竟,理解和分析模拟结果,离不开扎实的统计学基础。

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这本书给我的感觉是,它是一本能让你“重新认识”种群遗传学的书。在我的认知里,遗传学往往与DNA、基因、以及相对确定的遗传模式联系在一起。然而,这本书却将“随机模型”引入其中,这无疑为我打开了一个全新的思考维度。我非常好奇书中是如何详细阐述“遗传漂变”(genetic drift)的数学理论的。我知道遗传漂变是随机的,尤其在小种群中,它会导致等位基因频率的随机波动,甚至使原本有利的等位基因丢失,或者有害的等位基因固定。我希望书中能够提供严谨的数学推导,来量化遗传漂变的强度,例如,如何计算每个世代等位基因频率的标准差?并且,利用这些数学模型来预测种群在一定代数后的基因频率分布。我还在思考,这本书是否会探讨“有效种群大小”(effective population size)的概念,以及它如何影响遗传漂变的速度。另外,对于“中性进化理论”(neutral theory of molecular evolution),这本书是否会提供其数学基础?我期待书中能够通过一些经典的例子,例如,Zoo-Markov chain 模型,来生动地展示随机过程在种群遗传学中的应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是,它是一本能够让你“深入骨髓”地理解种群遗传学原理的书。它不仅仅停留在表面现象的描述,而是要用数学的工具去剖析其内在的运行机制。我尤其对书中关于“自然选择”(natural selection)在随机模型中的角色感到好奇。我知道,自然选择是进化过程中一个重要的驱动力,它会偏向于有利的等位基因。但是,当种群规模很小时,随机漂变的力量是否会淹没选择的作用?书中是否会提供一些数学模型来量化选择和漂变的相对重要性?例如,利用“分化系数”(Fst)等统计量,结合随机模型,来推断种群分化的原因,是漂变还是选择?我还在思考,这本书是否会涉及“适应性景观”(adaptive landscape)的概念,以及随机游走如何在适应性景观中探索最优适应性?我期待书中能够通过一些经典的例子,例如,分析一个有利突变在不同大小种群中的固定速率,来生动地展示随机模型在理解自然选择方面的作用。这本书的“Benchmark papers”系列定位,也让我相信它能够带我领略该领域最前沿、最有深度的问题。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书,我感觉自己仿佛踏入了一个全新的学术领域,一个将数学的严谨与生物的生命力巧妙融合的世界。我对书中关于“等位基因频率”(allele frequency)的随机动力学描写真是着迷。我知道,在任何一个真实的种群中,等位基因的频率都不是静止不变的,它会随着世代的更替而发生微小的、甚至是显著的波动。这本书,我想,正是要用数学的语言去捕捉这些波动,并分析其背后的规律。我非常希望它能够深入探讨“马尔可夫链”(Markov chain)在种群遗传学中的应用。马尔可夫链是一种描述状态转移概率的数学工具,非常适合用来模拟等位基因频率在不同世代之间的随机变化。书中是否会详细介绍如何构建一个表示等位基因频率转移的马尔可夫链?例如,定义一个状态空间,其中每个状态代表一个特定的等位基因频率,然后计算从一个状态转移到另一个状态的概率。我还在思考,利用马尔可夫链,是否能够推导出等位基因达到固定(fixation)或者丢失(loss)的概率?以及,如何分析不同状态的稳态分布?我期待书中能够提供清晰的数学模型和详细的图解,帮助我理解这些复杂的数学概念。

评分☆☆☆☆☆

我被这本书的名字所吸引,因为它暗示着一种将“随机性”这个看似混乱的概念,纳入到“种群遗传学”这个相对严谨的科学领域中。这意味着,我们需要用数学的语言去描述和理解种群基因频率的波动、基因的丢失与固定、以及遗传多样性的维持和丧失。我非常希望这本书能够深入探讨“扩散过程”(diffusion process)在种群遗传学中的应用。扩散过程是一种描述随机变量随时间连续变化的数学工具,它非常适合用来刻画种群基因频率在世代间的微小随机变动。书中是否会详细介绍如何将离散的世代模型(如 Wright-Fisher 模型)近似为连续的扩散过程?并且,利用扩散过程的数学工具,例如 Fokker-Planck 方程,来分析等位基因的固定概率、首次通过时间(first passage time)等重要参数?我还在思考,这本书是否会涉及一些更高级的扩散模型,例如,考虑多位点连锁、或者空间异质性对种群演化的影响?我对书中关于“固定概率”(fixation probability)的推导和应用尤其感兴趣,这是理解遗传漂变和自然选择相互作用的关键指标。这本书的“Benchmark papers”定位,也让我相信它一定收录了该领域最经典、最有影响力的工作,能够让我接触到最前沿的研究思路。

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