[2945] Broken Model

Title Text:In addition to eating foxes, rabbits can eat grass. The grass also eats foxes. Our equations chart the contours of Fox Hell.

Origin:https://xkcd.com/2945/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2945:_Broken_Model

问题模型

除了吃狐狸,兔子也可以吃草,并且草也吃狐狸。我们的方程式描绘了狐狸地狱的轮廓。

https://xkcd.in/comic?lg=cn&id=2945

这幅漫画展示了莱恩哈特小姐在解释一种捕食者-猎物关系的数学模型。该模型交换了术语,显示有400只兔子正在捕食20只狐狸。老师意识到这个错误,说:“如果这是生态学课,我就得纠正这个。”然而,她没有修正模型,而是开始使用这个有缺陷的模型进行计算,并注意到这个模型暗示兔子是肉食动物。
方程式以Nrabbits(0)=400和Nfoxes(0)=20开始,分别表示在时刻0时兔子和狐狸的数量,接着是看起来像洛特卡-沃尔泰拉方程的两个一阶非线性微分方程,通常用来描述两个物种相互作用的生物系统的动态。方程组中的一个描述猎物随时间的数量,另一个描述捕食者随时间的数量,仅在于负号(和系数)上有所不同。很容易混淆哪个方程描述哪个物种,从而导致所描述的颠倒的捕食者-猎物关系。
如果真是这样,兔子很可能很快就会使狐狸灭绝。若每只兔子需要吃很少量的狐狸,并且它们是成群狩猎,那么一只狐狸就能养活很多兔子,但这需要非常少且极其不频繁的量。兔子在现实中不发生这种情况的原因是它们的数量超过狐狸(20只狐狸对400只兔子),因此足够多的兔子可以在被捕食的情况下生存,从而维持该物种的存在。捕食者通常首先捕食老弱动物,从而使其余动物更健康。但按照错误公式的数学推导,很快会导致狐狸的数量为零。根据标题文本,兔子可以在没有狐狸捕食的情况下生存,因为它们仍然吃草(假设并没有特定的营养需求只有通过狐狸才能满足)。然而,这种现实对狐狸来说是可怕的,因为它们被视为猎物。
标题文本通过查看一个包含草的更有缺陷的模型来延续这个笑话。在现实世界中,兔子吃草,而狐狸与草没有直接的互动。在这个模型中,捕食狐狸的兔子也继续吃草,而狐狸也与草互动。更不幸的是,这以吃草的狐狸的形式出现,创造了一个“狐狸地狱”。
实际上,草从空气和土壤中提取养分,并通过光合作用合成能量,并可以将已经因为其他原因死亡的狐狸作为肥料。狐狸偶尔会吃草,尽管不是作为食物,而是出于其他健康原因。

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