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Fonction logistique généralisée

A=M=0, K=C=1, B=3, ν=0,5, Q=0,5 Effet de la variation du paramètre A. Tous les autres paramètres sont égaux à 1. Effet de la variation du paramètre B. A = 0, tous les autres par...

A=M=0, K=C=1, B=3, ν=0,5, Q=0,5
Effet de la variation du paramètre A. Tous les autres paramètres sont égaux à 1.
Effet de la variation du paramètre B. A = 0, tous les autres paramètres sont 1.
Effet de la variation du paramètre C. A = 0, tous les autres paramètres sont 1.
Effet de la variation du paramètre K. A = 0, tous les autres paramètres sont 1.
Effet de la variation du paramètre Q. A = 0, tous les autres paramètres sont 1.
Effet de la variation du paramètre . A = 0, tous les autres paramètres sont 1.

La fonction ou courbe logistique généralisée est une extension des fonctions logistiques ou sigmoïdes . Développée à l'origine pour la modélisation de la croissance, elle permet de créer des courbes en S plus flexibles. La fonction est parfois appelée courbe de Richards d'après F. J. Richards , qui a proposé la forme générale de la famille de modèles en 1959.

Définition

La courbe de Richards a la forme suivante :

où = poids, taille, corpulence, etc., et = heure. Il comporte six paramètres :

  • :l'asymptote horizontale gauche ;
  • : l'asymptote horizontale droite lorsque . Si et alors est appelée la capacité de charge ;
  • : le taux de croissance;
  • 0 v > 0 {\displaystyle u >0} 0}" data-src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bb9a5b220856a9047b20d89d6c17f7724232f230"> :affecte l'asymptote à proximité de laquelle la croissance maximale se produit.
  • : est lié à la valeur
  • : prend généralement une valeur de 1. Sinon, l'asymptote supérieure est

L'équation peut également s'écrire :

où peut être considéré comme une heure de départ, à laquelle . Inclure à la fois et peut être pratique :

cette représentation simplifie le réglage d'une heure de départ et de la valeur de à cet instant.

La fonction logistique , avec un taux de croissance maximal à l'instant , est le cas où .

Équation différentielle logistique généralisée

Un cas particulier de la fonction logistique généralisée est :

qui est la solution de l'équation différentielle de Richards (RDE) :

avec condition initiale

à condition que et0 v > 0 {\displaystyle u >0} 0}" data-src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bb9a5b220856a9047b20d89d6c17f7724232f230">0 α > 0 {\displaystyle \alpha >0} 0}" data-src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edd4f784b6e8bb68fa774213ceacbab2d97825dc">

L'équation différentielle logistique classique est un cas particulier de l'équation ci-dessus, avec , tandis que la courbe de Gompertz peut être récupérée dans la limite à condition que :

En fait, pour les petits, c'est

Le RDE modélise de nombreux phénomènes de croissance, apparaissant dans des domaines tels que l'oncologie et l'épidémiologie.

Gradient de la fonction logistique généralisée

Lors de l'estimation de paramètres à partir de données, il est souvent nécessaire de calculer les dérivées partielles de la fonction logistique par rapport aux paramètres à un point de données donné (voir ). Pour le cas où ,

Cas particuliers

Les fonctions suivantes sont des cas spécifiques de courbes de Richards :

Notes de bas de page

  • Richards, FJ (1959). « Une fonction de croissance flexible à usage empirique ». Journal of Experimental Botany . 10 (2) : 290–300. doi :10.1093/jxb/10.2.290.
  • Pella, JS; Tomlinson, PK (1969). « Un modèle généralisé de production de stock ». Bull. Inter-Am. Trop. Tuna Comm . 13 : 421–496.
  • Lei, YC; Zhang, SY (2004). « Caractéristiques et dérivées partielles du modèle de croissance de Bertalanffy–Richards en foresterie ». Analyse non linéaire : modélisation et contrôle . 9 (1) : 65–73. doi :10.15388/NA.2004.9.1.15171.
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