2025年大學(xué)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》專業(yè)題庫——統(tǒng)計(jì)學(xué)在生物地理學(xué)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在生物地理學(xué)研究中，若要比較兩個(gè)不同地理區(qū)域物種豐富度的差異，且數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布且存在異常值，最適合使用的假設(shè)檢驗(yàn)方法是？A.配對樣本t檢驗(yàn)B.獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)C.單因素方差分析（ANOVA）D.Wilcoxon秩和檢驗(yàn)2.地理加權(quán)回歸（GWR）與普通線性回歸的主要區(qū)別在于？A.GWR可以處理分類自變量B.GWR能夠評(píng)估解釋變量影響的空間異質(zhì)性C.GWR不需要滿足線性假設(shè)D.GWR適用于小樣本數(shù)據(jù)3.當(dāng)研究物種在環(huán)境梯度上的響應(yīng)模式時(shí)，如果物種數(shù)量隨環(huán)境變量變化呈現(xiàn)明顯的“S”型曲線，最可能適用的統(tǒng)計(jì)模型是？A.線性回歸模型B.對數(shù)模型C.邏輯斯蒂回歸模型D.多項(xiàng)式回歸模型4.在分析多個(gè)環(huán)境變量對一個(gè)群落結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，主成分分析（PCA）主要的作用是？A.測量變量之間的相關(guān)性B.識(shí)別數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)C.將多個(gè)相關(guān)性較高的環(huán)境變量降維為少數(shù)幾個(gè)綜合主成分D.直接預(yù)測物種的豐度5.用于估計(jì)種群或群體間遺傳距離，并構(gòu)建遺傳距離樹狀圖的常用統(tǒng)計(jì)方法是？A.系統(tǒng)聚類分析（HierarchicalClusterAnalysis）B.判別分析（DiscriminantAnalysis）C.馬爾可夫鏈蒙特卡洛（MCMC）模擬D.主成分分析（PCA）6.在生物地理學(xué)中，利用物種分布數(shù)據(jù)和環(huán)境變量數(shù)據(jù)預(yù)測物種潛在適生區(qū)的常用統(tǒng)計(jì)模型類型屬于？A.回歸分析B.分類分析C.時(shí)間序列分析D.空間自相關(guān)分析7.對于存在空間自相關(guān)性的生物地理學(xué)數(shù)據(jù)（如物種豐度或環(huán)境變量），直接使用普通回歸分析可能導(dǎo)致的問題主要是？A.標(biāo)準(zhǔn)誤增大，假設(shè)檢驗(yàn)第一類錯(cuò)誤率降低B.標(biāo)準(zhǔn)誤減小，假設(shè)檢驗(yàn)第一類錯(cuò)誤率升高C.模型參數(shù)估計(jì)變得無意義D.模型無法擬合數(shù)據(jù)8.在分析物種相互作用網(wǎng)絡(luò)（如捕食-被捕食關(guān)系）的結(jié)構(gòu)特征時(shí)，以下哪個(gè)統(tǒng)計(jì)量常用于衡量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接緊密程度？A.樣本方差B.偏度系數(shù)C.聚類系數(shù)D.標(biāo)準(zhǔn)差9.假設(shè)檢驗(yàn)中，犯第一類錯(cuò)誤（TypeIError）指的是？A.真實(shí)存在效應(yīng)或差異，但未能檢測出來B.真實(shí)不存在效應(yīng)或差異，但錯(cuò)誤地檢測出效應(yīng)或差異C.選擇了錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)模型D.數(shù)據(jù)量不足導(dǎo)致的結(jié)論不可靠10.對于包含大量環(huán)境變量的生物地理學(xué)數(shù)據(jù)集，在進(jìn)行回歸分析之前，進(jìn)行變量篩選的常用方法之一是？A.因子分析B.逐步回歸分析C.聚類分析D.信度分析二、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述方差分析（ANOVA）的基本原理及其在比較多個(gè)環(huán)境因子對物種表型影響時(shí)的應(yīng)用邏輯。2.解釋什么是空間自相關(guān)，并說明在生物地理學(xué)研究中使用空間自相關(guān)分析的必要性。3.描述結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）在生物地理學(xué)研究中分析復(fù)雜因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)時(shí)的優(yōu)勢。4.說明在進(jìn)行物種分布建模時(shí)，選擇合適訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集的重要性。三、計(jì)算題（每小題6分，共18分）1.某研究調(diào)查了阿爾卑斯山兩個(gè)海拔梯度（低海拔：1500m,高海拔：2500m）下某種高山植物的數(shù)量（株/平方米）。低海拔樣地觀測值分別為：12,15,14,11,13；高海拔樣地觀測值分別為：8,6,7,9,5。請分別計(jì)算兩個(gè)樣地植物數(shù)量的樣本均值、樣本標(biāo)準(zhǔn)差，并使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（假設(shè)數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布且方差齊性）初步判斷兩個(gè)海拔梯度該植物數(shù)量是否存在顯著差異。（無需進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)的細(xì)節(jié)推導(dǎo)，只列出計(jì)算結(jié)果和t統(tǒng)計(jì)量值即可）2.假設(shè)通過環(huán)境因子（如年平均溫度T）和物種豐度數(shù)據(jù)，建立了一個(gè)邏輯斯蒂回歸模型，預(yù)測物種的潛在適生區(qū)。模型擬合結(jié)果顯示，T的回歸系數(shù)為-2.5，截距項(xiàng)為10，邏輯斯蒂函數(shù)的S型曲線的閾值（carryingcapacity,K）估計(jì)為80。請解釋該模型中回歸系數(shù)和閾值的意義，并預(yù)測當(dāng)年平均溫度為15℃時(shí)，該物種的理論最大豐度是多少？（需說明計(jì)算過程）3.研究人員收集了某區(qū)域10個(gè)樣地的土壤pH值和某種土壤真菌豐度數(shù)據(jù)。計(jì)算得到土壤pH與真菌豐度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)r為0.65。請解釋該相關(guān)系數(shù)值的意義，并說明如果僅憑此相關(guān)系數(shù)，能否推斷土壤pH值是影響該真菌豐度的主要環(huán)境因子？為什么？四、分析與應(yīng)用題（每小題8分，共24分）1.假設(shè)你正在研究某島嶼上兩種相容性物種（物種A和物種B）的地理分布模式。你收集了該島嶼100個(gè)樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，記錄了每個(gè)樣點(diǎn)兩種物種的存在/absence狀態(tài)，以及當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅?。你?jì)劃使用統(tǒng)計(jì)方法分析降雨量是否影響了兩種物種的共存格局。請簡述你可能會(huì)采用哪些統(tǒng)計(jì)方法（至少兩種），并說明選擇這些方法的原因以及如何利用這些方法來回答你的研究問題。2.描述在使用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法（如Mann-WhitneyU檢驗(yàn)或Kruskal-Wallis檢驗(yàn)）分析生物地理學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，相較于參數(shù)檢驗(yàn)，其主要的優(yōu)勢和局限性分別是什么？3.在進(jìn)行基于線列數(shù)據(jù)（如動(dòng)物序列或植物標(biāo)本）的種群遺傳結(jié)構(gòu)分析時(shí)，常用Fst統(tǒng)計(jì)量來衡量群體間的遺傳分化程度。請解釋Fst統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算原理（無需公式推導(dǎo)），并說明一個(gè)Fst值接近0或1意味著什么？如果獲得了三個(gè)地理群體A,B,C的Fst值（A-B=0.10,A-C=0.15,B-C=0.05），請據(jù)此簡要分析這三個(gè)群體間的遺傳關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.A6.A7.B8.C9.B10.B二、簡答題1.方差分析（ANOVA）通過比較不同組別（由一個(gè)或多個(gè)因素水平引起）的均值差異，判斷這些因素是否對研究結(jié)果（如物種表型）產(chǎn)生顯著影響。其基本原理是將總變異分解為組內(nèi)變異（由隨機(jī)誤差引起）和組間變異（由因素效應(yīng)和隨機(jī)誤差引起），并通過F統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)組間均值差異是否超過隨機(jī)誤差允許的范圍。在生物地理學(xué)中，ANOVA可用于比較不同環(huán)境因子（如溫度、降水、土壤類型）或不同地理區(qū)域?qū)ξ锓N多樣性、物種生理性狀或分布范圍的影響。2.空間自相關(guān)是指數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相關(guān)性與其空間距離有關(guān)的現(xiàn)象，即近鄰點(diǎn)比遠(yuǎn)鄰點(diǎn)更傾向于具有相似值或不同值。在生物地理學(xué)研究中，許多生態(tài)和環(huán)境變量（如物種豐度、環(huán)境梯度、地形因子）都存在空間自相關(guān)性。使用空間自相關(guān)分析是必要的，因?yàn)椋?)忽略空間自相關(guān)可能導(dǎo)致回歸分析等統(tǒng)計(jì)推斷的偏差（如低估標(biāo)準(zhǔn)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤的顯著性結(jié)論）；2)空間自相關(guān)反映了生態(tài)過程的空間結(jié)構(gòu)，分析它可以揭示物種分布、群落組成或環(huán)境變量驅(qū)動(dòng)力的空間模式與格局。3.結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）在生物地理學(xué)研究中分析復(fù)雜因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)時(shí)的優(yōu)勢在于：1)能夠同時(shí)檢驗(yàn)多個(gè)變量（包括觀測變量和潛變量）之間的直接和間接關(guān)系；2)可以檢驗(yàn)理論模型與實(shí)際數(shù)據(jù)的擬合程度，對模型進(jìn)行驗(yàn)證或修正；3)允許對模型中難以直接測量的構(gòu)念（如物種多樣性、環(huán)境壓力）進(jìn)行推斷；4)可以評(píng)估不同路徑或效應(yīng)的大小和顯著性，有助于理解復(fù)雜的生態(tài)過程和地理格局的形成機(jī)制。4.在進(jìn)行物種分布建模時(shí)，選擇合適訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集至關(guān)重要。訓(xùn)練數(shù)據(jù)集用于構(gòu)建和訓(xùn)練模型，其質(zhì)量直接影響模型的預(yù)測能力。應(yīng)選擇代表目標(biāo)物種真實(shí)地理分布、覆蓋環(huán)境梯度范圍、數(shù)據(jù)質(zhì)量高（如準(zhǔn)確的物種presence/absence記錄）且分布相對均勻的點(diǎn)。測試數(shù)據(jù)集用于評(píng)估訓(xùn)練好的模型的泛化能力，即模型對未曾見過的新地理區(qū)域或數(shù)據(jù)的預(yù)測表現(xiàn)。使用獨(dú)立于訓(xùn)練集的測試集可以更客觀地評(píng)價(jià)模型的預(yù)測精度和可靠性，避免模型過擬合訓(xùn)練數(shù)據(jù)。三、計(jì)算題1.低海拔（L）：均值=(12+15+14+11+13)/5=13.0；標(biāo)準(zhǔn)差=sqrt(((12-13)2+(15-13)2+(14-13)2+(11-13)2+(13-13)2)/4)=sqrt(10/4)=1.58。高海拔（H）：均值=(8+6+7+9+5)/5=7.0；標(biāo)準(zhǔn)差=sqrt(((8-7)2+(6-7)2+(7-7)2+(9-7)2+(5-7)2)/4)=sqrt(16/4)=2.00。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)：t統(tǒng)計(jì)量值=(13.0-7.0)/sqrt(((5-1)*1.582+(5-1)*2.002)/(5+5-2))=6.0/sqrt((16+16)/8)=6.0/sqrt(4)=6.0/2=3.00。2.回歸系數(shù)（-2.5）表示當(dāng)年平均溫度（T）每增加一個(gè)單位時(shí)，邏輯斯蒂回歸模型預(yù)測的物種相對豐度（或?qū)?shù)似然率）變化的量，其符號(hào)為負(fù)表明溫度與豐度呈負(fù)相關(guān)，即溫度升高，豐度預(yù)測值降低。閾值（K=80）代表該物種在當(dāng)前環(huán)境條件下潛在的最大環(huán)境容納量，即當(dāng)環(huán)境條件最適宜時(shí)，理論上該物種可以達(dá)到的最大豐度水平。預(yù)測當(dāng)年平均溫度為15℃時(shí)的理論最大豐度：由于邏輯斯蒂模型在閾值K處達(dá)到最大響應(yīng)，且模型對稱性（在此簡化假設(shè)下），當(dāng)T=15℃時(shí)，模型預(yù)測的相對豐度達(dá)到峰值。因此，理論最大豐度即為閾值K，即80。3.相關(guān)系數(shù)r=0.65表示土壤pH值與該真菌豐度之間存在中等強(qiáng)度的正相關(guān)關(guān)系，即土壤pH值越高，該真菌的豐度也傾向于越高。僅憑此相關(guān)系數(shù)不能推斷土壤pH值是影響該真菌豐度的主要環(huán)境因子。原因在于：1)相關(guān)不等于因果，相關(guān)性可能由其他未測量的潛在因子驅(qū)動(dòng)；2)可能存在多重共線性，即有其他環(huán)境變量與pH值高度相關(guān)，共同影響真菌豐度；3)需要進(jìn)行更復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析（如回歸分析）來評(píng)估pH值對豐度的獨(dú)立貢獻(xiàn)及其顯著性。四、分析與應(yīng)用題1.可能采用的統(tǒng)計(jì)方法及其原因：1)Mann-WhitneyU檢驗(yàn)（或Wilcoxon秩和檢驗(yàn)）：用于比較兩種物種（物種A和物種B）在降雨量不同的樣點(diǎn)（或區(qū)域）上的豐度分布是否存在差異。選擇原因：這是一個(gè)非參數(shù)檢驗(yàn)，適用于比較兩個(gè)獨(dú)立樣本的中位數(shù)，不需要假設(shè)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，且能處理存在異常值或分布形態(tài)未知的數(shù)據(jù)。此方法可回答是否存在地理格局上的差異。2)卡方檢驗(yàn)（適用于計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)）或回歸分析（適用于連續(xù)豐度數(shù)據(jù)）：用于檢驗(yàn)物種A或B的豐度（或存在/absence）是否與降雨量顯著相關(guān)。選擇原因：如果降雨量和豐度是分類數(shù)據(jù)（如豐度分級(jí)），可用卡方檢驗(yàn)；如果降雨量是連續(xù)變量，可用回歸分析（如簡單線性回歸或邏輯斯蒂回歸）評(píng)估降雨量對豐度的預(yù)測能力，并檢驗(yàn)相關(guān)性是否顯著。此方法可回答降雨量是否是影響物種豐度的因素。結(jié)合使用這些方法，可以更全面地分析降雨量對兩種物種共存格局的影響。2.非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的主要優(yōu)勢：1)對數(shù)據(jù)分布假設(shè)要求低或無要求（如不要求正態(tài)性），適用性更廣；2)對異常值不敏感，能更好地處理含有極端值或測量誤差的數(shù)據(jù)；3)在樣本量較小或數(shù)據(jù)違反參數(shù)檢驗(yàn)假設(shè)時(shí)仍可提供有效的推斷。局限性：1)通常檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)功效（即檢測到真實(shí)效應(yīng)的能力）低于參數(shù)檢驗(yàn)，尤其是在大樣本或數(shù)據(jù)滿足參數(shù)假設(shè)時(shí)；2)對于連續(xù)變量，無法提供與參數(shù)估計(jì)（如均值、方差）相同的詳細(xì)信息，通常只能檢驗(yàn)分布位置或形狀的總體差異，難以估計(jì)效應(yīng)量的大?。?)某些非參數(shù)檢驗(yàn)的計(jì)算過程可能比參數(shù)檢驗(yàn)更復(fù)雜。3.Fst統(tǒng)計(jì)量計(jì)算原理簡述：Fst衡量的是群體間遺傳差異占總遺傳變異的比例。它通過比較群體間的平均遺傳距離（基于等位基因頻率差異）與群體內(nèi)部平均遺傳距離（基于等位基因頻率方差）來計(jì)算。一個(gè)