Čo je to Shannonov index a na čo slúži?

Shannonov index, Tiež známy v literatúre ako Shannon-Weaver, sa používa na kvantifikáciu špecifickej biodiverzity. Symbol H 'sa používa na jeho reprezentáciu a jeho hodnoty oscilujú medzi kladnými číslami, spravidla medzi 2, 3 a 4. V literatúre je tento index jedným z najobľúbenejších pre meranie biodiverzity..

Index berie do úvahy množstvo druhov, ktoré existujú vo vzorke, a relatívne množstvo jedincov, ktoré existujú pre každý druh. To znamená, kontemplovať bohatstvo a hojnosť druhov.

Keďže vzorec zahrnutý do výpočtu zahŕňa logaritmus, pre index neexistuje žiadna maximálna hodnota. Minimálna hodnota je však nulová, čo poukazuje na absenciu rôznorodosti - existujúci stav v monokultúre, napríklad tam, kde je iba jeden druh..

Hodnoty nižšie ako 2 sa interpretujú ako ekosystémy s relatívne nízkou diverzitou druhov, zatiaľ čo hodnoty vyššie ako 3 sú vysoké. Púštne regióny sú príkladmi rôznych ekosystémov.

Lesy trópov a útesy sú naproti tomu ekosystémy s pomerne vysokou biodiverzitou druhov.

index

• 1 Historická perspektíva
• 2 Definícia
• 3 Vzorec
• 4 Výhody
• 5 Jednotnosť
• 6 Uplatniteľnosť
• 7 Referencie

Historická perspektíva

Shannonov index navrhol Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) s cieľom nájsť opatrenie, ktoré by mohlo kvantifikovať entropiu. Tento výskumník bol matematik a elektrotechnik, rodák zo Spojených štátov.

Tam je nejaký zmätok s reálnym názvom indexu. Úplný názov je Shannon-Weinerov index. Avšak pri mnohých príležitostiach sa na neho autori odvolávajú ako na Shannon-Weaverov index.

Táto chyba sa vyskytla, čiastočne, pretože Claude Shannon pracoval v spolupráci s matematikom Warrenom Weaverom pri niekoľkých príležitostiach.

definícia

Rozmanitosť je jedným z najdôležitejších parametrov používaných na opis ekosystémov.

Shannonov index je index, ktorý sa zameriava na meranie rôznorodosti druhov vzhľadom na ich jednotnosť. Je to aplikácia informačnej teórie a je založená na myšlienke, že najväčšia rôznorodosť zodpovedá väčšej neistote pri náhodnom výbere určitého druhu..

Inými slovami, index formuluje jednotnosť hodnôt dôležitosti pomocou všetkých druhov vo vzorke.

To môže mať nasledujúce minimálne a maximálne hodnoty: nula znamená, že existuje len jeden druh, zatiaľ čo logaritmus S (celkový počet druhov vo vzorke) znamená, že všetky druhy sú zastúpené rovnakým počtom jedincov.

Predpokladajme, že máme hypotetický ekosystém s iba dvoma druhmi. Myslíme si tiež, že sú na rovnakej frekvencii (sú rovnako bežné). Neistota je teda 50%, pretože obidve alternatívy sú rovnako možné.

Identifikácia, ktorá dáva istotu, je informačná jednotka nazývaná "bit". Ak máme napríklad štyri rovnaké druhy, diverzita bude dva bity.

vzorec

Matematicky vypočítame Shannonov index pomocou nasledujúceho výrazu:

H ' = - Σ pi ln pi

Vo vyjadrení indexu, premenná pi predstavuje proporcionálny počet druhov ja, vypočíta sa ako suchá hmotnosť druhu, rozdelená podľa celkovej hmotnosti sušiny vo vzorke.

Týmto spôsobom index kvantifikuje neistotu v predikcii identity jednotlivca, ktorý sa náhodne vyberie zo vzorky..

Okrem toho výskumník môže voľne vybrať základňu logaritmu použitého vo výraze. Samotný Shannon hovoril o logaritmoch v bázach 2, 10 a a, kde každý z nich zodpovedal rôznym jednotkám opatrení.

Jednotky sú teda binárne číslice alebo bity, desatinné číslice a prirodzené číslice pre bázy 2, 10 a a, príslušne.

výhoda

Index Shannon je jedným z najviac používaných v ekologickom výskume, pretože jeho aplikácia prináša určité výhody v porovnaní s ostatnými indexmi rôznorodosti, ktoré sú relatívne populárne.

Po prvé, index nie je významne ovplyvnený veľkosťou vzorky. Niekoľko štúdií sa snažilo nájsť vplyv veľkosti vzorky a dospelo sa k záveru, že veľkosť vzorky má skutočne veľmi mierny účinok z hľadiska merania rôznorodosti druhov..

Po druhé, použitie indexu vedie k zachyteniu veľkého množstva informácií, iba v jednom matematickom vyjadrení. Toto je veľmi užitočná funkcia, ak chcete širokému publiku oznámiť značné množstvo informácií.

Pre jeho interpretáciu je okrem toho rozhodujúce, aby bol index „v kontexte“ rozhodujúci. Prvá časť spočíva v rozpoznaní maximálnych a minimálnych hodnôt, ktoré hodí. V Shannonovom indexe je ľahké si predstaviť, že maximum zodpovedá logu S, kde S je bohatstvo a minimum je 0.

jednotnosť

Shannonov index je založený na veľmi relevantnom koncepte v ekológii: jednotnosť. Tento parameter sa vzťahuje na stupeň, v akom sú druhy reprezentované v celej vzorke.

Extrémy pokrývajú jeden dominantný druh a iné druhy prítomné vo veľmi malom počte (hodnoty rovnomernosti blízke 0) pre všetky druhy reprezentované rovnakými číslami (hodnoty uniformity blízke 1)..

Uniformita zohráva zásadnú úlohu v ekologickej analýze rozmanitosti. Napríklad vo viac jednotných komunitách sa Shannonov index stáva citlivejším na bohatstvo.

použiteľnosť

Indexy diverzity sa široko využívajú pri monitorovaní z hľadiska ekológie a ochrany ohrozených druhov.

Indexy druhovej diverzity majú osobitný charakter sumarizácie veľkého a dôležitého množstva údajov, ktoré možno použiť na odvodenie charakteristík populácie..

Tento index sa použil na štúdium rôznych účinkov porúch a dôrazu na rozmanitosť spoločenstiev, zvierat a rastlín, pretože poskytuje komplexné informácie založené na počte druhov a jednotnosti..

Napokon, prepojenie medzi rozmanitosťou ekosystémov a odolnosťou ekosystémov bolo predmetom širokej diskusie. Niektoré štúdie tento prístup potvrdili.

referencie

1. Gliessman, S. R. (2002). Agroekológia: ekologické procesy v trvalo udržateľnom poľnohospodárstve. CATIE.
2. Núñez, E. F. (2008). Silvopastorálne systémy vytvorené s Pinus radiata D. Don a Betula alba L. v Galícii. Univerzita Santiago de Compostela.
3. Jorgensen, S. E. (2008). Encyklopédia ekológie, upravil Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
4. Kelly, A. (2016). Rozvoj metriky pre rovnosť, rozmanitosť a hospodársku súťaž: Nové opatrenia pre školy a univerzity. Routledge.
5. Pal, R., & Choudhury, A. K. (2014). Úvod do fytoplanktónov: diverzita a ekológia. skokan.
6. Pla, L. (2006). Biodiverzita: Inferencia založená na Shannonovom indexe a bohatstve. Interscience, 31(8), 583-590.
7. Pyron, M. (2010) Charakterizácia spoločenstiev. Vedomostná výchova Vedomosti 3 (10): 39