КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫВ ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ
Понятие о биологической и экологической информатике. История развития статистических и компьютерных методов в биологии и экологии. Предмет и методы экологической информатики. Задачи экологической информатики. Использование компьютеров в системной экологии. Использование биометрических подходов для решения экологических задач. Анализ экологических данных: анализ выборочных совокупностей (средняя, ошибка репрезентативности, коэффициент вариации, характер распределения и др.), сравнение выборочных совокупностей (достоверность различий и др.), методы многомерного анализа выборочных совокупностей (корреляционный анализ, регрессионный анализ, дисперсионный анализ, факторный анализ, кластерный анализ, дискриминантный анализ и др.), анализ процессов. Планирование экологических исследований (полевые исследования и лабораторный эксперимент). Формы хранения экологических данных.
Статистика и компьютеры в биологии и экологии.
Природа в ее разнообразных проявлениях изучается в рамках естественных наук (биология, физика, химия) и наук о Земле (география, геология, гидрология, климатология, геохимия, геофизика, океанология). Общество рассматривается в медико-биологических науках, отражающих человека как биологический вид, и в общественных науках, включая философию, социологию, экономику, инженерно-технические науки и т.д. Каждая из этих научных дисциплин имеет собственное информационное представление: специфический алфавит, специальные языки, классификации, выявленные структурные связи. Экология включает в той или иной степени знания всех наук, что приводит к накоплению значительных массивов экспериментальных данных, обработка и анализ которых немыслим без информатики.
Именно информатика, как область науки и техники, изучающая информационные процессы и методы их автоматизации, является базой информационных технологий, реализующих циркуляцию информации в различных предметных областях, включая экологию.
Ввиду сложности объекта исследования (природной среды) и огромного разнообразия методов и подходов к ее изучению спектр приложений информационных технологий чрезвычайно широк.
Понятие и задачи биоинформатики
Биологическая информатика подразумевает создание и совершенствование баз данных, алгоритмов, вычислительных и статистических методов и теории для решения многих практических и теоретических проблем, возникающих при управлении биологическими процессами и анализе биологических данных.
Задачи:
· изучение сложных структур социального взаимодействия по простым поведенческим правилам
· хранение и техническое обслуживание информации в моделях биогенеза и абиогенеза
· создание и техническое обслуживания базы данных для хранения биологической информации, такой как последовательности нуклеотидов
· применение в сравнительной геномике (геномная биоинформатика);
· предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика),
· исследование стратегий и создание вычислительных методологий управления биологическими системами.
В биоинформатике используются методы прикладной математики, статистики и информатики. Примеры подобных методов: распознавание образов, алгоритмы машинного обучения и визуализация биологических данных.
Главная цель биоинформатики – способствовать пониманию биологических процессов.
Понятие задачи и методы экологической информатики
Экологическая информатика (экоинформатика) – это дисциплина, занимающаяся применением современных средств информационно-коммуникационных технологий для исследования состояния окружающей среды и процессов управления окружающей средой в целом и ее отдельных подсистем (атмосфера, гидросфера, литосфера, флора и фауна).
Предмет исследования экоинформатики – процессы сбора, обработки и хранения экологических данных.
В экоинформатике используются следующие методы и средства:
1. Методы и средства физико-химического анализа состояния ОС: контроль перемещения вредных веществ и перемещения энергии с помощью физико-химических датчиков и микропроцессоров; управление производственными процессами; системы мониторинга ОС, контрольно-измерительные системы с датчиками контроля состояния ОС, информационные лабораторные системы.
2. Методы сбора пространственных данных: дистанционное зондирование, аэрофотосъемка, наземная фотосъемка, геодезическая съемка, глобальные системы позиционирования и лазерное сканирование.
3. Средства информационных технологи: экологические информационные системы обеспечивают сбор и обработку экоданных о состоянии воздуха, атмосферы и воды, а также об экосистемах и окружающей среды в целом.
Геоинформационные системы востребованы для интеграции и анализа пространственных разнородных данных о природной среде, моделирования природных
комплексов и экосистем.
Электронные коллекции и базы данных являются наиболее эффективным средством систематизации данных по биоразнообразию и другим компонентам природной среды.
Технологии телекоммуникаций способствуют созданию единого информационного пространства, что важно для кооперации усилий исследователей по разным направлениям, изучающих живую природу.
Мультимедиа технологии – отображению результатов.
Системы принятия решений: системы на основе данных; системы разработки моделей и компьютерного моделирования; экспертные системы – интеллектуальные системы разработки оптимальных организационно управленческих и технологических решений системы на основе знаний