
Jednoduchý model difúze
Vyjdeme ze zjednodušujících předpokladů:
-
Jednotlivé lokality jsou stejně kvalitní, tj. „demografické parametry“ jsou na všech stejné.
-
Pravděpodobnost emigrace z lokality závisí pouze na stadiu emigrujícího jedince, nikoliv na lokalitě.
-
Pravděpodobnost, že migrující jedinec přežije cestu závisí pouze na výchozí a cílové lokalitě, nikoliv na stadiu jedince.
- Emigrace a přežití při migraci jsou jevy stochasticky nezávislé.
Velikosti částí populace budeme vyjadřovat v časech
Pro popis struktury populace zvolíme první z možností Konstrukce modelů (4). Dále budeme pro jednoduchost předpokládat, že k „demografické události“, tj. k rození, k přechodu mezi stadii nebo k úmrtí, dochází bezprostředně po uvedených časech, nebo realističtěji řečeno, v časových intervalech
kde
je kladné malé číslo. K difúzi bude poté docházet v průběhu časových intervalů
Označme velikost části populace tvořené jedinci
-tého stadia na
-té lokalitě v čase
tedy bezprostředně po „demografické události“. Vývoj populace tedy můžeme schematicky vyjádřit následujícím obrázkem.
Přitom červené úsečky vyjadřují „demografické události“, zelené difúzi.
Nechť „demografické události“ na každé z lokalit popisuje matice To znamená, že
|
(5) |
pro každé a každé
tedy
přitom označuje nulovou a
jednotkovou čtvercovou matici řádu
(tento součet vyjadřuje pravděpodobnost, že jedinec, který opustil -tou lokalitu, migraci přežije a dostane se na nějakou jinou lokalitu). Pravděpodobnost, že jedinec
-tého stadia opustí
-tou lokalitu a skončí na
-té je tedy podle předpokladu 4. rovna
Položme
(s tímto označením je
) a
Po „demografické události“ dojde během projekčního intervalu k „dispersní události“. Velikost subpopulace tvořené jedinci
-tého stadia na
-té lokalitě na konci projekčního intervalu (neboli na začátku následujícího projekčního intervalu) před další „demografickou událostí“ bude sestávat z těch jedinců
-tého stadia, kteří na
-té lokalitě byli na začátku uvažovaného projekčního intervalu a neemigrovali z ní (střední velikost takové subpopulace je
), a z těch jedinců, kteří na
-tou lokalitu během projekčního intervalu imigrovali z ostatních lokalit (střední velikost takové subpopulace je
). Tedy s využitím Konstrukce modelů (5) dostaneme
|
|
|
|
To znamená, že
|
a dále
Odtud vidíme, že model difúze populace lze zapsat ve tvaru
nebo podrobněji
|
(6) |