BIOESTADÍSTICA Y MODELIZACIÓN DE ECOSISTEMAS

Guía docente
 
I. DATOS INICIALES DE IDENTIFICACIÓN
II. INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURA
III. VOLUMEN DE TRABAJO (de un alumno)
IV. OBJETIVOS GENERALES
V. CONTENIDOS
VI. COMPETENCIAS A ADQUIRIR
VII. HABILIDADES SOCIALES
VIII. TEMARIO Y PLANIFICACIÓN TEMPORAL
IX. BIBLIOGRAFIA DE REFERENCIA
X. CONOCIMIENTOS PREVIOS
XI. METODOLOGÍA
XII. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE

I. Datos iniciales de identificación

Nombre de la asignatura: BIOESTADÍSTICA Y MODELIZACIÓN DE ECOSISTEMAS

Carácter: Obligatorio

Titulación: Master en Biodiversidad

Ciclo: Segundo

Departamento: Matemàtica Aplicada

Profesor responsable: Rafael Pla López

Despacho: 4ª planta Fac. Matemáticas, Despacho: 521

Teléfono: 963544574

Email: Rafael.Pla(ARROBA)uv.es


II. Introducción a la asignatura

Esta asignatura está incluida en el Master en Biodiversidad, dentro del conjunto de asignaturas que proporcionan las herramientas básicas para el trabajo de un Biólogo relacionado con sistemas complejos como son los ecosistemas. Se imparte coincidiendo parcialmente en el tiempo con otras asignaturas relacionadas con BIODIVERSIDAD Y Conservación de LOS Ecosistemas continentales. En Bioestadística y Modelización de Ecosistemas se amplían los conocimientos y habilidades matemáticas del alumno en los aspectos más próximos al trabajo real, como son: métodos estadísticos, métodos numéricos, Teoría General de Sistemas, construcción de modelos lógico-matemáticos de sistemas complejos y, simulación con ayuda de los mismos con el fin de lograr estrategias quasi-óptimas de control sobre la evolución de los ecosistemas.

 

III. Volumen de trabajo (de un alumno)


Duración del curso:                     15 semanas

Número previsto de alumnos:     36 alumnos


Asistencia a clases teórico-prácticas (no magistrales)

Parte teórica:                                                                                                                      12 horas

Parte práctica:                                                                                                                      6 horas

(12 clases de una hora y media en aula con pizarra, proyector, etc.)

(Véase metodología)


Trabajo en aula de informática (8 sesiones de 2 horas)                                                    16 horas


Trabajo en grupos tutorados por el profesor                                                                     12 horas

(8 sesiones de hora y media)

Preparación de trabajos correspondientes a las clases teórico-prácticas                         12 horas

(Problemas adicionales, terminación de otros, y elaboración

de apuntes sacados de clase)


Preparación de trabajos de las clases con ordenador                                                       25 horas

(Memorias de las prácticas y presentaciones de los trabajos)

Búsqueda en biblioteca, Internet, estudio y resolución de problemas                              20 horas

relacionados con los trabajos reales.

Estudio y preparación de parte teórica                                                                             20 horas

(Consulta de bibliografía y preparación del programa)


Verificación y Validación de los modelos elaborados                                                        18 horas

(En grupo o individualmente con ordenador)


Presentación pública de los trabajos reales                                                                        6 horas

(de 6 a 8 presentaciones de una hora aprox.)


Asistencia a tutorías                                                                                                            5 horas


TOTAL        .........................................................................................................            152 HORAS


IV. Objetivos generales



V. Contenidos


VI. Competencias a adquirir







Como etapas previas, necesarias para la adquisición de las anteriores destrezas, el alumno deberá ser capaz de:


1. A la vista de un conjunto de datos, representarlos en forma de tabla, y/o gráfico, y resumirlos mediante unos pocos parámetros (media, desviación típica, etc.).


2. Resolver problemas sencillos que impliquen probabilidad condicionada.


3. Usar la distribución Normal, la distribución Binomial y la distribución de Poisson para el cálculo de probabilidades, entre otras, en cuestiones relacionadas con porcentajes de individuos que cumplen determinadas condiciones.


4. Diseñar experimentos sencillos para probar hipótesis usando las distribuciones “Chi – cuadrado” y "t de Student”. Estimar por intervalo la media y la desviación típica.


5. Ajustar rectas de regresión a conjuntos de datos adecuados para después hacer estimaciones por punto y por intervalo con ellas. Calcular el coeficiente de correlación.

6. Diseñar experimentos sencillos con más de dos tratamientos y analizar la varianza para descubrir si existen diferencias entre ellos.


7. Dado un problema real sencillo resoluble mediante un algoritmo:

a) Precisar los objetivos, restricciones, tipos de datos y tipos de resultados.

b) Construir el algoritmo correspondiente en forma de ordinograma.

c) Ejecutar y depurar el programa en un ordenador.


8. Iniciar la resolución numérica de los siguientes tipos de problemas:

a) Interpolación por los métodos de Lagrange y Newton.

b) Integración de funciones por los métodos de los Trapecios y de Simpson.

c) Integración de sistemas de ecuaciones diferenciales por el método de Euler.




VII. Habilidades sociales


VIII. Temario y planificación temporal


Tema 1. Frecuencias, Probabilidades y Variables aleatorias. 2 sesiones

1.1. Presentación de datos: tablas y gráficas.

1.2. Principales parámetros utilizados para caracterizar series estadísticas.

1.3. Probabilidades: axiomas, sucesos, probabilidad condicionada, etc.

1.4. La Variable aleatoria

1.4.1 La variable aleatoria discreta. Distribuciónes Binomial y de Poisson.

1.4.2 La variable aleatoria continua. Distribución Normal.

 


Tema 2. Muestreo e inferencia. 2 sesiones

2.1 Muestreo de poblaciones con distribución binomial

o multinomial. Pruebas de hipótesis con “ji-cuadrado”.

2.2 Muestreo de poblaciones con distribución normal.

Estimaciones por intervalo y pruebas de hipótesis con la “t de Student”

2.3 Regresión lineal y correlación. Pruebas de hipótesis y

estimaciones por intervalo.

2.4. Análisis de Varianza.


Tema 3. Métodos numéricos. 2 sesiones

3.1 Interpolación: métodos de Lagrange y Newton.

3.4 Integración: métodos de los trapecios y de Simpson.

3.5 Integración de ecuaciones diferenciales.


Tema 4. Modelización de sistemas complejos. 2 sesiones

4.1. El proceso de modelización genérico y los métodos de creatividad en grupos.

4.2. Identificación de elementos y de influencias entre los mismos.- El modelo caja-negra y su diagrama. El diagrama del Sistema Ultra-estable de Ashby. El diagrama de influencias entre variables o diagrama causal. El diagrama del símil hidrodinámico de Forrester.

4.3. La teoría de los sistemas vivos de Miller.- Conceptos básicos. El sistema vivo y sus subsistemas característicos. Los suprasistemas hasta llegar a los sistemas sociales y ecosistemas.

4.4. Identificación de relaciones funcionales entre las variables.- Relaciones tautológicas (ecuaciones evidentes). Relaciones especificadas mediante reglas lógicas. Relaciones especificadas mediante tablas. Ecuaciones diferenciales y ecuaciones en diferencias finitas. Retrasos. Regresión múltiple. Manejo de la incertidumbre. Métodos a utilizar ante la ausencia de datos de campo (Impactos Cruzados, Árbol de Decisión).

 

Tema 5. Programación de ordenadores. 2 sesiones

Nociones básicas de programación: variables, operadores, bucles y condicionales.

Herramientas de programación automática existentes y sistemas inteligentes generadores de simuladores en fase experimental (Sigem).

 


Tema 6. Experimentación usando simuladores en computadora. 1 sesión

Utilización de las pruebas de hipótesis y del analisis de varianza. Método de los escenarios y las estrategias. Otros métodos de optimización. El caos determinista.


Tema 7. La Teoría Matemática o Abstracta de Sistemas. 1 sesión

      Definiciones de sistema, estructura, comportamiento, sistema con objetivos, sistema dinámico, sistema con aprendizaje y sistema autónomo. Otros conceptos relacionados y propiedades.




IX. Bibliografía de referencia


  1. De Programación

Caselles, A. (2003) Introducción a la Programación de Ordenadores. (Apuntes).

Martín, G., Toledo, F., Cerverón, V. (1995) Fundamentos de Informática y Programación. Universitat de Valéncia

Yourdon, E. , (1993), Análisis Estructurado Moderno. Editorial Prentice Hall Hispanoamericana. Mexico.


  1. De Cálculo Numérico

Caselles, A. (2003) Métodos Numéricos. (Apuntes)

Conte, S.D., Boor, C. De, (1974) Análisis Numérico Elemental. Editorial McGraw- Hill. México.

Pla López, R. (2009) Métodos Numéricos para Ingeniería Química (Guía didáctica) - http://www.uv.es/pla/Tutoria/mniq/guiamniq.htm

Scheid, F., (1990) Análisis Numérico. Editorial McGraw-Hill. Mexico.

Aubanell, A., Benseny, A., y Delsbams, A., (1993) Útiles Básicos de Cálculo Numérico. Editorial Labor.


  1. De Estadística

Caselles, A., (2003) Métodos Estadísticos. (Apuntes)

Chistensen, R.B., (1 983) Estadística paso a paso. Editorial Trillas. Mexico.

Spiegel, M.R., (1987) Teoría y Problemas de Probabilidades y Estadística. Editorial McGraw-Hill. México.

Cuadras, C.M. Problemas de Probabilidad y Estadística. Ed Anaya, Madrid, 1986.

Pla López, R., (2008), Teoría de Sistemas-3. Adquirir o actualizar nociones básicas de Estadística - http://www.uv.es/pla/Tutoria/ts/index.htm#3

Pla López, R., (2009), Matemáticas II-1. Introducción a la Estadística - http://www.uv.es/pla/Tutoria/mii/guiamiib.htm#1


Snedecor, G.W. y Cochran, G., (1984) Métodos Estadísticos. Editorial Cecsa. Mexico.

Gutierrez, S., (1976) Estadística Aplicada. Editado por el autor. Valencia

Martínez Salas, J., (1989) Métodos Matemáticos. Editado por el autor. Valladolid

Moya López, Alberto J. Espínola Lozano, Francisco. Introducción a los cálculos en Ingeniería Química. Universidad de Jaén, 2004.


  1. De Sistemas.

Aracil, J., Introducción a la Dinámica de Sistemas. Alianza Editorial.

Caselles, A., Metodología sistémica. Departament de Matemàtica Aplicada. UVEG.

Caselles, A., Ferrer, L. Martínez de Lejarza, I., Pla, R., Temre, R. Control del desempleo por simulación. Universitat de València, 1999.

López, L., Martínez, S. Iniciación a la simulación dinámica. Ariel Economía. Barcelona, 2000.

Martín, J., Sysware. Editado por el autor. Barcelona, 2004.

Miller, J.G., Living Systems. McGraw-Hill, New York, 1978


Halfon, E., Theoretical Systems Ecology. Academic Press. New York. 1979

Zeigler, B.P. Theory of Modelling and Simulation (Second Edition). Academic Press. Amsterdam. 2000

Hannon, B., and Ruth, M., Modeling Dynamic Biological Systems. Springer, 1997

Mélèse, J. La gestion par les systèmes. Ed. Hommes et Techniques. Suresnes. 1976

O’Riordan, T., Environmental Science for Environmental Management. Longman. 1995.

Odum, Modelling Ecosystems.

Pla López, R., (2008), Teoría de Sistemas - http://www.uv.es/pla/Tutoria/ts




X. Conocimientos previos


Es conveniente una base en cálculo diferencial e integral (derivar e integrar funciones de una variable) así como en la teoría combinatoria (combinaciones, permutaciones, variaciones, etc.).

 

XI. Metodología


El desarrollo de la asignatura se estructura de la siguiente manera:

Se trata de sustituir la clase magistral por la presentación de un método con su teoría y un ejemplo de aplicación por parte del profesor y, la puesta en práctica del mismo por los alumnos de manera inmediata trabajando en grupos pequeños, con el fin de que se expliquen detalles unos a otros mientras el profesor va visitando a los diferentes grupos durante su trabajo. El correcto desarrollo de este método requiere mesas moviles de forma trapezoidal. No obstante, en las aulas actuales el método es viable aunque menos cómodo para los alumnos (deben girarse a veces para comunicar con los de la fila de detrás) y para el profesor (cuando tiene que atender las consultas de alumnos alejados del pasillo). Se espera que los alumnos elaboren, de manera individual, unos apuntes siguiendo el programa, completando lo visto en clase con ampliaciones obtenidas de la bibliografía.


XII. Evaluación del aprendizaje


Se evaluarán tres aspectos fundamentales del aprendizaje:

  1. La asistencia a las clases con aprovechamiento y el estudio. Para ello se presentarán los apuntes tomados durante las clases y ampliados con el uso de libros (preparación del programa). De su análisis se deduce el grado de aprovechamiento de las clases teórico-prácticas y en aula de informática, y el nivel del estudio de cada alumno individualmente considerado. Se pretende que elaboren un manual resumido que les sea util como elemento de consulta rápida en el futuro y les recuerde las fuentes. Se calificará siempre entre cero y diez puntos: nota A.

  2. El trabajo por equipos de los alumnos: Por una parte, los alumnos presentarán una memoria de las tres prácticas realizadas en aula de informática, consistente en los tres simuladores puestos a punto y utilizados para optimizar estratégias de intervención con los oportunos comentarios e interpretación de los resultados: nota B.

  3. Por otra parte, los alumnos realizarán, por equipos, en las clases en aula de informática y fuera de ellas, un simulador sobre un probelma complejo elejido por ellos que utilizarán para encontrar estregias óptimas de intervención y presentarán públicamente ante sus compañeros y quien desee asistir. El profesor relizará su propia evaluación y oirá la auto-evaluación de los expositores y las evaluaciones de sus compañeros de otros grupos de trabajo: nota C.

La nota final se calculará con la fórmula: Nota_final= 0.15 · A + 0.15 · B + 0.70 · C


Los coeficientes de esta fórmula se justifican por el tiempo dedicado en la práctica a cada una de las actividades evaluadas.



NOTA: esta Guía Docente fue elaborada inicialmente por Antonio Caselles Moncho, primer profesor de la asignatura, y adaptada a raíz de su jubilación por Rafael Pla López