英国人口统计学家Malthus在查看当地教堂100多年人口出生统计资料,发现了这样一个现象:人口出生率是一个常数。在1798年他发表的《人口原理》一书,其中提出了闻名于世的Malthus人口模型。
- 模型准备:
背景了解
数学模型(第五版)————姜启源
常用的人口预测公式: Xk=X0(1+r)^k
模型假设:
假设1:已知人口为X0,年增长率为r
假设2:年增长率r在k年内保持不变。
- 模型建立:
把离散的变量连续化如:人口X可看作是连续时间t的连续可微函数X(t).记时刻(t=0)的人口为X0,假设单位时间人口增长率为常数r,rX(t)为单位时间内X(t)的增量dX/dt,得到X(t)满足的微分方程和初始条件:
dX/dt=rX,X(0)=X0 >>>>
∫dX/rX=∫dt >>>>
(1/r)∫dX/X=∫dt >>>>
(1/r)lnX=t+c1 >>>> 由于常数对常方程的影响不太重要,在很多情况下都用C来代替,本文为了区别用了c1、c2、c3以便区别
lnX=t+c2 >>>>
X(t)=e^(rt+c2) >>>>
X(t)=e^c2*e^rt >>>>
X(t)=c3*e^rt >>>>
把X(0)=X0代入,得到:c3=X0
人口指数增长模型为:X(t)=X0e^(rt)
当我们取(e^(r))^t的泰勒级数展开的前两项的话
(e^(r))^t近似等于(1+r)^t
与常用公式一致
Xk=X0(1+r)^t
这就是广泛应用于经济生活,虫口预测当中的Malthus模型
- 模型求解:
根据表3中1790年至2000年的美国人口数据,1790年取作t=0,用matlab进行r和X0的参数估计,得到 :r=0.2020/10年,X0=6.0496百万。
t=40代入X(t)=X0e^(rt)计算得到:X(40)=13.6
实际值:12.9
误差率:5%