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Modelli matematici /Mathematical modelling

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MATHEMATICAL MODELS

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Anno accademico 2018/2019

Codice dell'attività didattica
MFN1335/INT0853
Docenti
Prof. Paolo Cermelli
Prof. Claudia Maria Chanu (Titolare del corso)
Corso di studi
Laurea Magistrale in Evoluzione del Comportamento Animale e dell'Uomo (ECAU) D.M. 270
Anno
2° anno
Periodo didattico
Primo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
MAT/07 - fisica matematica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti

Probabilità elementare e calcolo di funzioni di una variabile.

Elementary probability theory and basic calculus.
Propedeutico a
-
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di presentare i

i principali modelli matematici
evoluzionistici:
- la derivazione dei modelli classici in ecologia e biologia evoluzionistica:
la crescita logistica e malthusiana
- modelli di interazione tra specie del tipo Lotka-Volterra e modelli
epidemiologici.
- elementi di base di teoria dei giochi e di ottimizzazione dinamica
che servono per comprendere i principali modelli evoluzionistici per
il comportamento animale e dell'uomo sviluppati negli ultimi decenni.

Sarà proposto l'uso di software specifico (Wx-Maxima e foglio di
calcolo) per trattare alcuni aspetti.

The aim of this course is to introduce the basic mathematical models for evolution:

- Classical models in ecology and evolutionary biology: logistic and malthusian growth
- Models for interacting species (Lotka Volterra) and epidemiological models
- Basic evolutionary game theory applied to animal and human behavior

Specific software, such as Wx-maxima and spreadsheets, will be introduced and used for simulations.

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Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Conoscenza dei principali modelli di evoluzione del comportamento basate sulla teoria dei giochi, e in parallelo dei principali modelli di dinamica delle popolazioni.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Capacità di utilizzare semplici modelli matematici in biologia evolutiva, sviluppando in particolare le competenze di: produrre e leggere le diverse rappresentazioni di un modello dinamico discreto o continuo;formulare in termini di successioni ricorsive o di equazioni differenziali le modellizzazioni proposte nel corso e saperle riconoscere /interpretare tali rappresentazioni matematiche
calibrare i parametri dei modelli sulla base di dati empirici, determinare in modo approssimato l'andamento di un modello anche usando software (Excel), analizzare il comportamento a lungo termine del modello (equilibri, stabilità).
Capacità di utilizzare i concetti acquisiti per l'interpretazione e la comprensione di articoli scientifici e testi specialistici anche in lingua inglese sugli argomenti affrontati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
capacità di valutare criticamente i risultati dei modelli studiati e comprenderne le implicazioni. Capacità di utilizzare i concetti acquisiti per l'interpretazione e la comprensione di articoli scientifici e testi specialistici anche in lingua inglese sugli argomenti affrontati.

ABILITÀ COMUNICATIVE Saper articolare un discorso, fornire spiegazioni e argomentazioni con diagrammi ed  esempi per illustrare gli argomenti del corso.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
capacità di focalizzazione sugli aspetti più rilevanti dell'informazione scientifica

Knowledge and learning skills: Knowledge of the most important game-theoretical population-dynamical models for the evolution of behavior; Students are expected to acquire the capability to construct and study models for simple conflict problems
using game theory, and to develop operational knowledge of different mathematical models in evolutionary biology. Futher, the students will be able to understand and work on the scientific literature on the subjects.

Ability to apply the acquired knowledge: applying and studying mathematical modes described on the course; ability of determining the solution methods and analyse the results of the models, possibly with the aid of computer packages such as Excel. Understanding and interpreting scientific papers on the topics treated in the course.

Critical thought: understanding, interpreting and discussing the results of the models and of scientific papers.

Communication skills: to be able to present the results of a model possibly with diagrams, graphs, and  so on.

Learning skills: ability of focusing on the most relevant aspects of scientific information.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali con utilizzo saltuario di aule informatizzate

Frontal lessons with sporadic use of computers

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame è orale ed e' preceduto da una prova di quiz a risposta multipla che accerta il raggiungimento degli obiettivi minimi di conoscenza e comprensione. Il superamento del test è indispensabile per accedere alla prova orale e va sostenuto di nuovo in caso di mancato superamento della prova orale.

la prova orale prevede sia domande di teoria che lo svoglimento  con discussione di esercizi, per verificare sia le conoscenze di base sull'impianto teorico dei modelli matematici, sia le capacità di formulare, risolvere e interpretare modelli di interesse per lo studio del comportamento su base evolutiva.

The  oral examination is preceded by a quiz test to determine the knowledge of the minimal objectives of the course. In order to access the oral exam it is necessary to pass the quiz, that will have to be repeated in case of failure to pass the oral exam. The oral exam is based both on questions regarding the theory and the solution of exercises, and is aimed at verifying both the understanding of the basic theoretical principles underlying the mathematical models, as well as the capability of formulating, solving and discussing problems arising in the study of human and animal behavior.

 

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Programma


1) Sistemi dinamici discreti con esempi su crescita logistica e
malthusiana, modelli di Fibonacci.
2) Sistemi dinamici continui, in particolare i modelli esponenziali e
logistico; sistemi dinamici continui in più varibili e popolazioni
interagenti (modelli del tipo Lotka-Volterra e modelli epidemiologici)
3) Introduzione alla teoria dei giochi. Giochi in forma normale, a
somma nulla e di tipo generale. Equilibri di Von Neumann e di Nash.
Ottimi secondo Pareto. Esempi: Il dilemma del prigioniero, la
battaglia dei sessi, chicken. Esempi di descrizione del comportamento
animale utilizzando la teoria dei giochi: falco e colomba e sue
variazioni. Strategie di accoppiamento. Il principio dell'handicap.
Giochi ripetuti ed evoluzione della cooperazione: automi decisionali,
tit for tat, e sue varianti.
4) Evoluzione del comportamento: la dinamica del replicatore.
Equilibri dinamici e strategie evolutivamente stabili.
5) La dinamica del replicatore e la genetica di popolazioni.
Equilibrio di Hardy-Weinberg e sue varianti. Stabilità di tratti
negativi.

1) Discrete dynamical systems with examples on the logistic and malthusian growth; Fibonacci models.
2) Dynamical systems in continuous time, specifically exponential and logistic models; multi-variable dynamical
systems and interacting population models (epidemiological and Lotka-Volterra models).
3) Introduction to game theory; the basic strategic games and Nash equilibrium: Prisoner's dilemma, the battle of sexes, chicken and stag-hunt; evolutionary stability: hawk and doves and variants; extended games and perfect equilibrium. Iterated Prisoner's dilemma and decisional automata: tit for tat, grim, and others.
Applications to animal behavior:  the handicap principle, mating strategies, cooperation.
4) Evolution of animal behavior: the replicator dynamics.
5) Population genetics: Hardy-Weinberg equilibrium and Fisher's equation; stability of negative traits.

Testi consigliati e bibliografia

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P. Cermelli  e S. Castellano: Modelli Matematici per lo Studio del Comportamento. Distribuito dai docenti.

G. Gaeta: Modelli matematici per la biologia, Springer 2007,

 

 



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Orario lezioni

Nota: Consultare la tabella degli orari pubblicata sull'apposita pagina.

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Ultimo aggiornamento: 17/05/2019 08:23
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