基于图论方法度量植物模型的三维树不平衡性
定量方法
2023-12-11 v2 组合数学
种群与进化
摘要
植物三维结构的不平衡可成为光照或养分供应不足以及风害、（曾存在的）物理障碍、邻近损害或风暴损害的重要指标。它也可作为检测某些疾病的简单手段，因为一些病害如苹果增殖病、大麦黄矮病毒感染或植物溃疡可引起异常生长，如“扫帚病”或树瘤，导致偏离正常的植物三维构型。然而，量化植物生长的不平衡并非易事，且它需要可应用不平衡指数的数学上严谨的植物三维模型。当前植物模型常基于堆叠圆柱体或体素矩阵，无法度量整株植物分支结构的三维不平衡程度。另一方面，多种不平衡指数已随时可用于所谓的图论树，并常用于系统发育学和计算机科学等领域。虽然这些指数仅有部分基本思想可迁移到三维情形，图论树是允许优雅而自然不平衡度量的植物三维模型的逻辑基础。本文中，我们的目标有三：首先提出一种新的植物图论三维模型并讨论三维情形下不平衡度量的期望性质；随后引入并分析八种不同的三维不平衡指数及其性质；第三，我们用一个含63株丛生菜豆的数据集阐明所有发现。此外，我们将所有指数实现于本文配套的公开R软件包treeDbalance中。
引用
@article{arxiv.2307.14537,
title = {Measuring 3D tree imbalance of plant models using graph-theoretical approaches},
author = {Sophie J. Kersting and A. Luise Kühn and Mareike Fischer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.14537},
year = {2023}
}