Co je to Shannonův index?



Shannonův index, V literatuře také známý jako Shannon-Weaver, se používá ke kvantifikaci specifické biodiverzity. Symbol H 'je reprezentován a jeho hodnoty kolísají mezi kladnými čísly, obvykle mezi 2, 3 a 4. V literatuře je tento index jedním z nejoblíbenějších pro měření biodiverzity..

Index bere v úvahu množství druhů, které existují ve vzorku, a relativní množství jedinců, kteří existují pro každý druh. To znamená kontemplujte bohatství a hojnost tohoto druhu.

Protože vzorec zahrnutý do jeho výpočtu zahrnuje logaritmus, pro index neexistuje žádná maximální hodnota. Minimální hodnota je však nulová, což naznačuje neexistenci rozmanitosti - existující stav v monokultuře, například tam, kde je pouze jeden druh.

Hodnoty nižší než 2 jsou interpretovány jako ekosystémy s relativně nízkou rozmanitostí druhů, zatímco hodnoty vyšší než 3 jsou vysoké. Pouštní regiony jsou příklady různých ekosystémů.

Lesy tropů a útesů jsou naproti tomu ekosystémy s poměrně vysokou biodiverzitou druhů.

Index

  • 1 Historická perspektiva
  • 2 Definice
  • 3 Vzorec
  • 4 Výhody
  • 5 Uniformita
  • 6 Použitelnost
  • 7 Odkazy

Historická perspektiva

Shannonův index navrhl Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) s cílem nalézt opatření, které by mohlo kvantifikovat entropii. Tento výzkumník byl matematik a elektrotechnik, rodák ze Spojených států.

Tam je nějaký zmatek s skutečným názvem indexu. Úplný název je Shannon-Weinerův index. Nicméně, na mnoha příležitostech autoři odkazují na něj jako Shannon-Weaver index.

K této chybě došlo částečně, protože Claude Shannon několikrát spolupracoval s matematikem Warrenem Weaverem..

Definice

Rozmanitost je jedním z nejdůležitějších parametrů používaných k popisu ekosystémů.

Shannonův index je index, který se snaží měřit rozmanitost druhů s ohledem na jejich jednotnost. Jedná se o aplikaci teorie informací a je založena na myšlence, že největší rozmanitost odpovídá větší nejistotě při náhodném výběru konkrétního druhu..

Jinými slovy, index formuluje jednotnost hodnot důležitosti pomocí všech druhů ve vzorku.

Může mít následující minimální a maximální hodnoty: nula znamená, že existuje pouze jeden druh, zatímco logaritmus S (celkový počet druhů ve vzorku) znamená, že všechny druhy jsou reprezentovány stejným počtem jedinců.

Předpokládejme, že máme hypotetický ekosystém s pouze dvěma druhy. Pojďme si také myslet, že jsou na stejné frekvenci (jsou stejně běžné). Nejistota je tedy 50%, protože obě alternativy jsou stejně možné.

Identifikace, která dává jistotu, je jednotka informací, nazývaná "bit". Pokud máme například čtyři rovnocenné druhy, rozmanitost bude dva bity.

Vzorec

Matematicky vypočítáme Shannonův index pomocí následujícího výrazu:

H ' = - Σ pi ln pi

Ve výrazu indexu je proměnná pi představuje poměrný počet druhů i, vypočteno jako suchá hmotnost daného druhu, rozdělená podle celkové hmotnosti sušiny ve vzorku.

Tímto způsobem index kvantifikuje nejistotu v predikci identity jedince, který je náhodně odebrán ze vzorku..

Výzkumný pracovník si navíc může volně vybrat základ logaritmu použitého ve výrazu. Shannon sám hovořil o logaritmech v základnách 2, 10 a e, kde každý odpovídal různým jednotkám opatření.

Jednotky jsou tedy binární číslice nebo bity, desetinné číslice a přirozené číslice pro báze 2, 10 a e, resp.

Výhody

Shannonův index je jedním z nejpoužívanějších v ekologickém výzkumu, protože jeho aplikace přináší určité výhody ve srovnání s ostatními indexy rozmanitosti, které jsou relativně populární.

Za prvé, index není významně ovlivněn velikostí vzorku. Několik studií se snažilo zjistit vliv velikosti vzorku a dospělo k závěru, že velikost vzorku má ve skutečnosti velmi malý vliv na měření rozmanitosti druhů..

Za druhé, použití indexu vede k zachycení velkého množství informací, pouze v jednom matematickém vyjádření. To je velmi užitečná funkce, pokud chcete sdělit značné množství informací širokému publiku.

Pro jeho interpretaci je navíc zásadní, aby byl index „v kontextu“. První část spočívá v rozpoznání maximálních a minimálních hodnot, které hodí. V Shannonově indexu je snadné si představit, že maximum odpovídá logu S, kde S je bohatství a minimum je 0.

Rovnoměrnost

Shannonův index je založen na velmi relevantním pojetí ekologie: jednotnosti. Tento parametr se týká stupně, ve kterém jsou druhy reprezentovány v celém vzorku.

Extrémy pokrývají jeden dominantní druh a jiné druhy přítomné ve velmi nízkých počtech (hodnoty uniformity blízké 0), všem druhům reprezentovaným stejnými čísly (hodnoty uniformity blízké 1).

Uniformita hraje zásadní roli v ekologické analýze rozmanitosti. Například ve více jednotných komunitách se Shannonův index stává citlivějším na bohatství.

Použitelnost

Diverzitní indexy jsou široce využívány v monitoringu, z hlediska ekologie a ochrany ohrožených druhů.

Indexy druhové diverzity mají specifika, že shrnují velké a důležité množství dat, která mohou být použita k odvození charakteristik populace..

Tento index byl použit ke studiu různých účinků poruch a důrazu na rozmanitost komunit, jak zvířat, tak rostlin, neboť poskytuje komplexní informace založené na počtu druhů a jednotnosti..

Konečně, souvislost mezi rozmanitostí ekosystémů a odolností ekosystémů byla předmětem široké diskuse. Některé studie tento přístup potvrdily.

Odkazy

  1. Gliessman, S. R. (2002). Agroekologie: ekologické procesy v udržitelném zemědělství. CATIE.
  2. Núñez, E. F. (2008). Silvopastorální systémy s Pinus radiata D. Don a Betula alba L. v Galicii. Univerzita Santiago de Compostela.
  3. Jorgensen, S. E. (2008). Encyklopedie ekologie, editoval Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
  4. Kelly, A. (2016). Rozvoj metriky pro rovnost, rozmanitost a hospodářskou soutěž: nová opatření pro školy a univerzity. Routledge.
  5. Pal, R., & Choudhury, A. K. (2014). Úvod do fytoplanktonů: rozmanitost a ekologie. Springer.
  6. Pla, L. (2006). Biodiverzita: Inference založená na Shannonově indexu a bohatství. Interciencia, 31(8), 583-590.
  7. Pyron, M. (2010) Charakterizace komunit. Nature Education Znalosti 3 (10): 39