в чем заключается закон оптимальности
Закон оптимума
Из Википедии — свободной энциклопедии
Закон оптимума (в экологии) — любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.
Результаты действия переменного фактора зависят, прежде всего, от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.
Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение.
Минимально и максимально переносимые значения фактора — это критические точки, за которыми организм гибнет. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организма данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума).
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения факторов. В природе выделяются два крайних варианта — узкая специализация и широкая выносливость. У специализированных видов критические точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Так, многие глубоководные обитатели — рыбы, иглокожие, ракообразные — не переносят колебания температуры даже в пределах 2-3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами. Виды с узким диапазоном выносливости называют стенобионтами, а с широким — эврибионтами. Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например, стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.
Закон оптимальности
Понятия «оптимум», «оптимизация», «оптимальность» распространены в экономической теории и практике, довольно часто употребляются как осмысленно, так и без глубокого понимания того, о чем собственно идет речь. В общепринятом толковании «оптимальный» означает наилучший из возможных способов, вариантов решений или действий. Так как люди психологически предрасположены избирать лучшее, действовать самым лучшим образом, то категория «оптимальность» относится и к разряду психологических понятий не в меньшей мере, чем экономических. Строго говоря, утверждать об оптимальности, поиске оптимума, оптимизации правомерно только в условиях наличия четко обозначенных одного или нескольких критериев, достижение экстремальных значений которых в виде максимума или минимума и есть признак оптимальности. Например, решение может считаться оптимальным, если оно обеспечивает максимальный эффект или достигается при минимуме затрат, за кратчайшее время. Но и этого мало. В математически строгой постановке задачи оптимизации следует также указать, при каких ограничениях на переменные параметры (ограничительных условиях) анализируемого процесса может иметь место оптимум. К примеру, отыскивая оптимальный по критерию продолжительности времени способ перевозки груза автотранспортом, следует оговорить ограничения по расходу топлива и по затратам на перевозку, в рамках которых ищется оптимум.
В жизни приходится повсеместно встречаться с логически некорректной постановкой задач оптимизации. Типичный случай такого рода имеет место, когда ставится задача достижения «максимального результата при минимальных затратах». Очевидно, что минимальные затраты просто равны нулю, но при нулевых затратах заведомо не достигается максимальный результат. Следует ставить задачу либо достижения максимального результата при заданном уровне затрат, либо достижения заданного результата при минимальных затратах. Допустимо также искать комбинацию приемлемых затрат и результатов, оптимальную по какому-нибудь другому критерию, например, отношению результата к затратам.
Если задача оптимизации не сведена к строгой математической постановке в виде выраженных в математической форме критерия оптимальности и ограничений, утверждать об отыскании оптимума вообще не приходится. Здесь уже следует говорить о «психологической оптимальности», заключающейся в убеждении людей, что они действуют наилучшим в данной ситуации образом (не всегда даже задумываясь, для кого именно и с какой точки зрения наилучшим). Впрочем, и в строгой постановке оптимизационных задач при назначении критерия, показателя оптимальности неизбежно влияние факторов психологической природы, кто-то видит такой критерий в выгоде, кто-то — в удовлетворении потребностей, кто-то — в экономии расходов, а кто-то — в общественной значимости получаемого результата.
В итоге есть основания утверждать, что закон оптимальности проявляется в стремлении достичь наилучшего с позиций определенного критерия или совокупности критериев результата в рамках действующих условий и ресурсных ограничений. В этом отношении часто используемое выражение «наиболее оптимальный вариант» лишено смысла, ибо оптимальный и есть наилучший.
Согласно принципу, высказанному знаменитым итальянским ученым В. Парето, состояние оптимальности системы определяется тем, что в этом состоянии невозможно улучшить ни одну характеристику (свойство) системы, не ухудшая одновременно другие. В то же время, руководствуясь этим правилом, практически установить, находится ли исследуемая система в оптимальном состоянии, очень не просто, для этого надо перепробовать все возможные изменения характеристик. Так что оптимальность, понимаемая и в экономическом, и в обыденно-психологическом смысле, есть понятие относительное, а иногда и условное.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Закон оптимальности касается как индивидуального размера единичной системы, так и числа однородных систем. [1]
Закон оптимальности : никакая система не может сужаться и расширяться до бесконечности; размер любой системы должен соответствовать ее функциям. Например, млекопитающее не может быть мельче и крупнее тех размеров, при которых оно способно рождать живых детенышей и вскармливать их своим молоком. Поэтому любая сверхкрупная однородность распадается на функциональные части ( подсистемы), размеры которых могут быть различными. [2]
Очевидна прямая связь обсуждаемого закона и закона оптимальности ( разд. [5]
В целом укрупнение входит в противоречие с законом оптимальности ( разд. Это как правило приводит к вымиранию слишком крупных организмов при минимальных изменениях среды жизни. В частности, возможно, именно так, без очень значительных глобальных катастроф, могли исчезнуть гигантские рептилии. [6]
Выход за пределы оптимального масштаба и скорости хода процессов ( закона оптимальности ) неминуемо разрушает природные системы, где бы и в какой подсистеме, надсистеме или экологическом компоненте этот выход не наблюдался. [8]
Частным, но важным случаем правила затухания процессов и одновременно следствием закона оптимальности ( разд. Формулировка закона растворения системы в чуждой среде приведена в особой трактовке в разд. [9]
Между тем этот кризис явно усиливается за счет попыток коренных преобразований систем природы с помощью технических устройств. Не соблюдая закона оптимальности ( разд. [14]
Закон оптимума
Закон оптимума (в экологии) — любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.
Результаты действия переменного фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.
Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение.
Минимально и максимально переносимые значения фактора — это критические точки, за которыми организм гибнет. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организма данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы(зона пессимума).
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения факторов. В природе выделяются два крайних варианта — узкая специализация и широкая выносливость. У специализированных видов критические точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Так, многие глубоководные обитатели — рыбы, иглокожие, ракообразные — не переносят колебания температуры даже в пределах 2-3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами. Виды с узким диапазоном выносливости называют стенобионтами, а с широким — эврибионтами. Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например, стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.
Закон оптимума, закон минимума Либиха, закон лимитирующих факторов Шелфорда.
В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются по отношению к организмам в значительной мере универсальным (общими). К таким закономерностям относятся закон оптимума, закон взаимодействия факторов, закон лимитирующих факторов и некоторые другие.
К зоне оптимума обычно приурочена максимальное количество видов и плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковые. Для одних они имеют значительный диапазон.
Закон минимума Либиха. Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-нибудь другие факторы, а их определенный режим. Реакция организма зависит от количества (дозы) фактора. Кроме того, живой организм в природных условиях подвергается воздействию многих экологических факторов (как абиотических, так и биотических) одновременно. Растения нуждаются в значительных количествах влаги и питательных веществ (азот, фосфор, калий) и одновременно в относительно «ничтожных» количествах таких элементов, как бор и молибден. Любой вид животного или растения обладает четкой избирательностью к составу пищи: каждому растению необходимы определенные минеральные элементы. Любой вид животного по-своему требователен к качеству пищи. Для того чтобы нормально существовать, развиваться, организм должен иметь весь набор необходимых факторов в оптимальных режимах и достаточных количествах. Тот факт, что ограничение дозы (или отсутствие) любого из необходимых растению веществ, относящихся как к макро-, так и к микроэлементам, ведет к одинаковому результату — замедлению роста, обнаружен и изучен одним из основоположников агрохимии немецким химиком Юстасом фон Либихом. Сформулированное им в 1840 г. правило называют законом минимума Либиха: величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего. Закон минимума Либиха в настоящее время называется законом ограничивающего лимитирующего фактора: в комплексе экологических факторов сильнее действует тот, который наиболее близок к пределу выносливости.
Закон минимума справедлив как для растений, так и для животных, включая человека, которому в определенных ситуациях приходится употреблять минеральную воду или витамины для компенсации недостатка каких-либо элементов в организме.
Закон лимитирующих факторов Шелфорда. Фактор среды ощущается организмом не только при его недостатке. Проблемы возникают также и при избытке любого из экологических факторов. Например, жизненная активность организма заметно угнетается и при малых значениях и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура.
Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору. Другими словами лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величну толерантности, выносливости организма к данному фактору. Поэтому экологический фактор, уровень которого приближается к любой границе диапазона выносливости организма или заходит за эту границу, называют лимитирующим фактором. Например, виды, длительное время развивается в относительно стабильных условиях утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобиотности, в то время как виды существующие при значительных колебаних, факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными.
Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности одновременно называют законом лимитирующих факторов: закон толерантности дополняют положения американского эколога Ю. Одума:
— организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;
— организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;
— диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;