Ecologia quantitativa
Programma dell'insegnamento di Ecologia quantitativa - Corso di laurea in Scienze e tecnologie per l'ambiente e il territorio (2013/14)
Docente
prof. Enrico Feoli
Crediti
6 CFU
Finalità
- Dare una introduzione esauriente sui metodi di analisi dati e di integrazione dei dati per l’analisi quantitativa degli ecosistemi nella prospettiva della ricerca transdisciplinare.
- Dare esperienza pratica sull’integrazione di dati provenienti da GIS, remote sensing e differenti basi di dati con un approccio rivolto ad ottenere dati utili per un determinato progetto ma raccolti per altri progetti (data mining)
- Dimostrare attraverso casi di studio come si possono definire unità operative geografiche e come correlare le informazioni di diverse matrici di dati mediante l’uso dell’analisi multivariata e della teoria dei “fuzzy sets”.
Programma
Primo Modulo: Analisi dei dati ecologici (circa 35 ore)
Cos’è l’ecologia quantitativa. Problemi ecologici e ricerca di una loro quantificazione. Concetto di sistema e concetto di stato di un sistema. Spazio ecologico. Dimensioni dello spazio ecologico. Misure di ampiezza di nicchia Concetto di ordine, misure di ordine, entropia e neg-entropia, mutua informazione. Le unità di analisi. Tipi di variabili e scale di misura: binaria, qualitativa, ordinale, intervallare razionale. Rappresentazione dei dati: tabelle e matrici. Equazioni empiriche, metodi di linearizzazione. Concetti base di statistica: popolazione, campione, variabilità, parametri di posizione e di dispersione. Distribuzioni di frequenza. Analisi della varianza lineare e analisi della varianza per ranghi. Trasformazione dei dati. Standardizzazione delle variabili e degli oggetti. Introduzione all’ Analisi multivariata e rappresentazione dello spazio multidimensionale. Matrici e vettori di dati ecologici. La matrice di varianza covarianza e la matrice di correlazione. Modalità Q ed R. Classificazione automatica degli ecosistemi. Classificazione politetica e classificazione monotetica. Funzioni di somiglianza geometriche. Funzioni di somiglianza per dati qualitativi, chiquadrato, funzioni per dati misti e integrazione dell’informazione. Matrici simmetriche e dendrogrammi. Linearità e non linearità. Linearizzazione.. Matrici simmetriche di somiglianza e loro uso per la classificazione e per l’ordinamento. Decomposizione singolare e spettrale di una matrice: autovalori ed autovettori. Analisi delle componenti principali. Analisi delle corrispondenze. Analisi della correlazione canonica. Analsi discriminante. Ordinamento, analisi diretta ed indiretta di gradienti
Trattamento dei dati misti: Indice di Gower e Indice di Goodall. Classificazione automatica gerarchica e non gerarchica. Metodi del legame semplice, medio e completo. Topologia dei dendrogrammi. La teoria dei fuzzy sets, applicazioni alle variabili ecologiche e alle classi di oggetti.
Secondo modulo: Modelli ecologici (circa 25 ore)
Cos’è l’ecologia quantitativa. Problemi ecologici e ricerca di una loro quantificazione. Concetto di sistema e concetto di stato di un sistema. Spazio ecologico. Dimensioni dello spazio ecologico. Misure di ampiezza di nicchia Concetto di ordine, misure di ordine, entropia e neg-entropia, mutua informazione. Le unità di analisi. Tipi di variabili e scale di misura: binaria, qualitativa, ordinale, intervallare razionale. Rappresentazione dei dati: tabelle e matrici. Equazioni empiriche, metodi di linearizzazione. Concetti base di statistica: popolazione, campione, variabilità, parametri di posizione e di dispersione. Distribuzioni di frequenza. Analisi della varianza lineare e analisi della varianza per ranghi. Trasformazione dei dati. Standardizzazione delle variabili e degli oggetti. Introduzione all’ Analisi multivariata e rappresentazione dello spazio multidimensionale. Matrici e vettori di dati ecologici. La matrice di varianza covarianza e la matrice di correlazione. Modalità Q ed R. Classificazione automatica degli ecosistemi. Classificazione politetica e classificazione monotetica. Funzioni di somiglianza geometriche. Funzioni di somiglianza per dati qualitativi, chiquadrato, funzioni per dati misti e integrazione dell’informazione. Matrici simmetriche e dendrogrammi. Linearità e non linearità. Linearizzazione.. Matrici simmetriche di somiglianza e loro uso per la classificazione e per l’ordinamento. Decomposizione singolare e spettrale di una matrice: autovalori ed autovettori. Analisi delle componenti principali. Analisi delle corrispondenze. Analisi della correlazione canonica. Analsi discriminante. Ordinamento, analisi diretta ed indiretta di gradienti
Trattamento dei dati misti: Indice di Gower e Indice di Goodall. Classificazione automatica gerarchica e non gerarchica. Metodi del legame semplice, medio e completo. Topologia dei dendrogrammi. La teoria dei fuzzy sets, applicazioni alle variabili ecologiche e alle classi di oggetti.
Secondo modulo: Modelli ecologici (circa 25 ore)
Semplici modelli di crescita dell’individuo e di crescita delle popolazioni. Modello esponenziale e logistico. Modelli di Lotka e Volterra. Modelli di dispersione spaziale, autocorrelazione spaziale. Catene di Markov. Modelli per la misura della biodiversità, log-normale, broken stick, geometrico. Modelli di dispersione e di diffusione. Analisi delle serie temporali: medie mobili e ARIMA (modello autoregressivo delle medie mobili), applicazioni delle trasformate di Fourier.
Esercitazioni
Durante il corso si faranno esercitazioni pratiche con l’uso del programma MATEDIT.
Bibliografia
Dispensa di E. Feoli e P. Ganis “Introduzione all’ecologia quantitativa” scaricabile da internet.
Si consiglia anche
- il testo di M. Gatto Introduzione all’ecologia delle popolazioni (CLUP 1989),
- il testo di Ferrari C. Biodiversità, 2010 Zanichelli
e
- il testo di Chelazzi G. Provini A. Santini G. 2004. Ecologia dagli organismi agli ecosistemi. Casa editrice Ambrosiana.
- Jongman R.H.G., ter Braak C.J.F. & van Tongeren O.F.R. (eds.), 1995, Data analysis in community and landscape ecology. 2nd ed. Cambridge University Press. Cambridge.
Modalità d'esame
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Orario e luogo di ricevimento
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Indirizzi
Prof. Enrico Feoli
Tel. Univ.: 040/5582076 cell. 3204329850
Tel. Univ.: 040/5582076 cell. 3204329850