Sensitivity analysis of the model

Cover Page
  • Authors: Glagolev MV1,2,3
  • Affiliations:
    1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
    2. Югорский государственный университет (г. Ханты-Мансийск)
    3. Институт лесоведения РАН (пос. Успенское, Московская обл.)
  • Issue: Vol 3, No 3 (2012)
  • Pages: 31-53
  • Section: Articles
  • URL: https://edgccjournal.org/EDGCC/article/view/6393
  • DOI: https://doi.org/10.17816/edgcc3331-53
  • Cite item

Abstract


The study represents the lecture of the «Mathematical modelling of biological processes» course adapted to the journal paper format. We analyse techniques of estimating the model sensitivity to variations in parameter values. We discuss quantitative characteristics of the model sensitivity used by different authors. Mostly, we examine local sensitivity analysis, but in the final section of the paper the conception of the global sensitivity analysis was considered, too. In addition to theoretical speculations, we closely scrutinize the particular case of microbial growth kinetic analysis. It is shown that sensitivity analysis permits, firstly, to plan the most effective parameter estimation experiments and, secondly, to substantially simplify the model, if possible.

About the authors

M V Glagolev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Югорский государственный университет (г. Ханты-Мансийск); Институт лесоведения РАН (пос. Успенское, Московская обл.)

Author for correspondence.
Email: m_glagolev@mail.ru

References

  1. Абросов Н.С., Боголюбов А.Г. 1988. Экологические и генетические закономерности сосуществования и коэволюции видов. Новосибирск: Наука. 333 с.
  2. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. 2008. Вычислительные методы. М.: Издат. дом МЭИ. 672 с.
  3. Бейли Дж., Оллис Д. 1989. Основы биохимической инженерии. Ч. 1. М.: Мир. 692 с.
  4. Бек Дж., Блакуэлл Б., Сент-Клер Ч., мл. 1989. Некорректные обратные задачи теплопроводности. М.: Мир. 312 с.
  5. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. 1986. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука. 544 с.
  6. Вержбицкий В.М. 2002. Основы численных методов. М.: Высшая шк. 840 с.
  7. Влах И., Сингхал К. 1988. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М.: Радио и связь. 560 с.
  8. Глаголев М.В., Шнырев Н.А. 2007. Динамика летне-осенней эмиссии СН4 естественными болотами (на примере юга Томской области) // Вестник Московского государственного университета. Серия 17: Почвоведение. №1. С. 8-15.
  9. Страшкраба М., Гнаук А. 1989. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование. М.: Мир. 376 с.
  10. Гусев Е.М., Насонова О.Н. 2010. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой. М.: Наука. 327 с.
  11. Джефферс Дж. 1981. Введение в системный анализ: применение в экологии. М.: Мир. 256 с.
  12. Диаконис П., Эфрон Б. 1983. Статистические методы с интенсивным использованием ЭВМ // В мире науки. №7. С. 60-73.
  13. Дьяконов В.П. 1989. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука. 240 с.
  14. Еремеев Н.Л., Карякин A.A., Казанская Н.Ф. 1989. Кинетика растворения твердых белковых субстратов протеиназами. Выбор механизма реакции // Биохимия. Т. 54. №3. С. 503-510.
  15. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. 1972. Элементы прикладной математики. М.: Наука. 592 с.
  16. Калабеков Б.А., Лапидус В.Ю., Малафеев В.М. 1990. Методы автоматизированного расчета электронных схем в технике связи. М.: Радио и связь. 272 с.
  17. Калиткин Н.Н. 1978. Численные методы. М.: Наука. 512 с.
  18. Клепцова И.Е., Глаголев М.В., Филиппов И.В., Максютов Ш.Ш. 2010. Эмиссия метана из рямов и гряд средней тайги Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 1. № 1. С. 66-76.
  19. Крутько П.Д., Максимов А.И., Скворцов Л.М. 1988. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем. М.: Радио и связь. 306 с.
  20. Локшин Б.Я., Чирков И.М., Леин Л.Н. 1985. Математическая модель и исследование на ЭВМ динамики хемостатной микробной популяции при частых мутациях клеток по константе насыщения // Буравцев В.Н. (ред.) Математические и вычислительные методы в биологии. Тезисы докладов Всесоюзного семинара. Пущино: Научный центр био. исследований АН СССР. с.37-38.
  21. Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., Гнаук А.Г. 2010. Основы информатизации и математического моделирования экологических систем. М.: ИНФРА-М. 357 с.
  22. Мышкис А.Д. 1964. Лекции по высшей математике. М.: Наука. 608 с.
  23. Мюррей Д. 2009. Математическая биология. Том 1. Введение. М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Ин-т компьютерных исследований. 776 с.
  24. Мюррей Д. 2011. Математическая биология. Том 2. Пространственные модели и их приложения в биомедицине. М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Ижевский ин-т компьютерных исследований. 1104 с.
  25. Оран Э., Борис Дж. 1990. Численное моделирование реагирующих потоков. М.: Мир. 660 с.
  26. Паников Н.С. 1995. Таежные болота - глобальный источник атмосферного метана? // Природа. №6. С. 14-25.
  27. Пененко В.В. 1981. Методы численного моделирования атмосферных процессов. Л.: Гидрометеоиздат.
  28. Перт С.Д. 1978. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир.
  29. Полак Л.С., Гольденберг М.Я., Левицкий А.А. 1984. Вычислительные методы в химической кинетике. М.: Наука. 280 с.
  30. Прохоров А.М. (ред.). 1983. Советский энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия. 1600 с.
  31. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. 1975. Математическое моделирование в биофизике. М.: Наука. 344 с.
  32. Рыжова И.М. 2006. Анализ устойчивости почв на основе нелинейных моделей круговорота углерода (Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук). М. 48 с.
  33. Сердюцкая Л.Ф. 2009. Системный анализ и математическое моделирование экологических процессов в водных экосистемах. М.: Кн. дом «ЛИБРОКОМ». 144 с.
  34. Смолянский М.Л. 1965. Таблицы неопределенных интегралов. М.: Наука.
  35. Степаненко В.М., Мачульская Е.Е., Глаголев М.В., Лыкосов В.Н. 2011. Моделирование эмиссии метана из озер зоны вечной мерзлоты // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. Т. 47. №2. С. 275-288.
  36. Томович Р., Вукобратович М. 1972. Общая теория чувствительности. М.: Советское радио. 240 с.
  37. Трохименко Я.К., Любич Ф.Д. 1988. Радиотехнические расчеты на программируемых микрокалькуляторах. М: Радио и связь. 304 с.
  38. Хайрер Э., Нерсетт С., Ваннер Г. 1990. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи. М.: Мир. 512 с.
  39. Хог Э., Чой К., Комков В. 1988. Анализ чувствительности при проектировании конструкций. М.: Мир. 428 с.
  40. Черкашин А.К. 2005. Полисистемное моделирование. Новосибирск: Наука. 280 с.
  41. Эдельсон Д., Рабиц Г. 1988. Численные методы моделирования и анализа колебательных реакций // Колебания и бегущие волны в химических системах / Р. Филд, М. Бургер (ред.). М.: Мир. С. 217-248.
  42. Эфрон Б. 1988. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа. М.: Финансы и статистика. 263 с.
  43. Aber J.D., Federer C.A. 1992. A generalized, lumped-parameter model of photosynthesis, evapotranspiration and net primary production in temperate and boreal forest ecosystems // Oecologia. V. 92. P. 463-474.
  44. Andronova N.G., Karol I.L. 1993. The contribution of USSR sources to global methane emission // Chemosphere. V. 26. P. 111-126.
  45. Aselmann I., Crutzen P.J. 1989. Global distribution of Natural Freshwater Wetlands and Rice Paddies, their Net Primary Productivity, Seasonality and Possible Methane Emissions // Journal of Atmospheric Chemistry. V. 8. P. 307-358.
  46. Chen D.-X., Coughenour M.B. 2004. Photosynthesis, transpiration, and primary productivity: Scaling up from leaves to canopies and regions using process models and remotely sensed data // Global Biogeochemical Cycles. V. 18. GB4033. doi: 10.1029/2002GB001979.
  47. den Elzen M.G.J., Beusen A.H.W., Rotmans J. 1997. An integrated modeling approach to global carbon and nitrogen cycles: Balancing their budgets // Global Biogeochemical Cycles. V. 11. No. 2. P. 191-215.
  48. Eatherall A. 1997. Modelling climate change impacts on ecosystems using linked models and a GIS // Climatic Change. V. 35. P. 17-34.
  49. Glagolev M.V., Golovatskaya E.A., Shnyrev N.A. 2008. Greenhouse Gas Emission in West Siberia // Contemporary Problems of Ecology. V. 1. No. 1. P. 136-146.
  50. Glagolev M.V., Kleptsova I.E., Filippov I.V., Kazantsev V.S., Machida T., Maksyutov Sh.Sh. 2010. Methane Emissions from Subtaiga Mires of Western Siberia: The “Standard Model” Bc5 // Moscow University Soil Science Bulletin. V. 65. Р. 86-93. doi: 10.3103/S0147687410020067
  51. Glagolev M., Kleptsova I., Filippov I., Maksyutov S., Machida T. 2011. Regional methane emission from West Siberia mire landscapes // Environmental Research Letters. V. 6. N. 4. 045214. doi: 10.1088/1748-9326/6/4/045214.
  52. Panikov N.S., Blagodatsky S.A., Blagodatskaya J.V., Glagolev M.V. 1992. Determination of microbial mineralization activity in soil by modified Wright and Hobbie method // Biology and Fertility of Soils. V. 14. № 4. P. 280-287.
  53. Sabrekov A.F., Kleptsova I.E., Glagolev M.V., Maksyutov Sh.Sh., Machida T. 2011. Methane emission from middle taiga oligotrophic hollows of Western Siberia // Вестник Томского государственного педагогического ниверситета. № 5. С. 135-143.
  54. Seinfeld J.H., Lapidus L. 1974. Mathematical methods in chemical engineering. Vol. III. Process modelling. Estimation and identification. Englewood Cliffs; N.Y.: Prentice-Hall.

Statistics

Views

Abstract - 289

PDF (Russian) - 337

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2012 Glagolev M.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies