DTU Aqua-forsker bag en revolutionerende statistisk tilgang, TMB, nu præsenteret i en ny bog, Spatio-Temporal Models for Ecologists. Modellen kan bruges til at implementere en bred vifte af økologiske analyser fra den virkelige verden – og meget hurtigere end nogensinde før.
TMB, som er en forkortelse for Template Model Builder, har taget modellering af økologiske dynamikker til et helt nyt niveau. Da TMB kom ind på området for økologisk dynamikmodellering, var det som at give en Ferrari til dem, der før var vant til at køre på cykel.
Nu giver en ny bog Spatio-Temporal Models for Ecologists, som udkommer i dag, den 26. februar, mulighed for at lære meget mere om TMB, og hvordan modellen kan bruges i havforskning.
"For eksempel viser vi i kapitel 10, hvordan man estimerer bevægelse og habitatpræference for en population ud fra enten observationer eller taggingsdata. Modellen kan bruges til enhver type population, f.eks. fisk, fugle, mennesker osv.,” siger forskeren bag TMB, Kasper Kristensen.
".. "Som følge heraf er det vigtigt for modellører at have et værktøj, der tillader sådan et kompleksitetsniveau, samtidig med at beregningseffektiviteten bevares. TMB kunne være det værktøj."
Kasper Kristensen, senior researcher, DTU Aqua
Kasper Kristensen er seniorforsker på DTU Aqua, Sektion for Marine Levende Ressourcer, og han har udarbejdet bogen sammen med medforfatter og statistisk økolog James T. Thorson fra Alaska Fisheries Science Center.
Komplekse matematiske modeller på få minutter
Først og fremmest er TMB en gamechanger, når det gælder hastigheden. Økologisk dynamik er ekstremt kompliceret, og ifølge bogens forord har økologer ofte forenklet analyser ved at beskrive ændringer i tæthed af individer på tværs af et landskab. Traditionelt har arbejdet med økologisk teori og praksis og modelbygning været meget tidskrævende.
Men TMB bruger et minimalt sæt af principper og numeriske teknikker, og brugen af dette digitale værktøj gør det muligt for modellører at køre komplekse matematiske modeller på få minutter, som tidligere ville tage dage.
På spørgsmålet om processen med at udvikle et værktøj som TMB, fortæller Kasper Kristensen:
”Jeg har længe arbejdet med rumlige og tidsmæssige modeller, hvor alt skulle implementeres fra bunden, fordi det eksisterende state of the art-værktøj, ADMB, Autodiff Model builder, ikke var hurtigt nok. At udvikle så komplekse modeller fra bunden kan nemt tage et år.
TMB opstod som en måde at automatisere hele udviklingsprocessen på ved at inkludere alle de beregningstricks, jeg havde lært gennem årene. TMB viste sig at være nyttig langt ud over rumlige og tidsmæssige modeller."
Et basisværktøj
Template Model Builder kan bruges til at implementere en bred vifte af økologiske analyser fra den virkelige verden omkring dyrenes vandringer, populationsdynamik, community-sammensætning, kausal fordeling og rumlig dynamik.
R-pakken TMB udviklet af Kasper Kristensen har nydt udbredt brug over hele det økologiske felt.
TMB er den beregningsmæssige backend for R-pakken glmmTMB, som er blevet citeret over 3.000 gange fra 2017-2022.
Faktisk er TMB en basismodel, der bliver brugt overalt, ikke kun i forhold til modellering af marine økosystemers dynamik og fiskeri.
I bogen giver forfatterne en trin-for-trin-illustration af teknikker og analyser udført ved hjælp af en minimal værktøjskasse og hurtig beregning ved hjælp af Template Model Builder.
Hvordan vil TMB ændre fremtiden i arbejdet med økologiske dynamikker, ikke mindst hvis man tænker på, hvordan samfundet kan drage fordel af det digitale værktøjs power?
"Statistiske modeller af fænomener i den virkelige verden bruger tilgængelige data til at trække nyttig og fortolkelig information med realistiske usikkerheder," siger Kaser Kristensen og ser fremad:
”I fremtiden vil disse modeller blive mere realistiske og derfor mere komplekse. Som følge heraf er det vigtigt for modellører at have et værktøj, der tillader et sådant kompleksitetsniveau, samtidig med at beregningseffektiviteten bevares. TMB kunne være det værktøj.
Ud over fiskeri og havforskning er TMB blevet brugt på mange andre områder, herunder sundhedsvidenskab, farma, astronomi, beregninger af vindenergi osv," slutter Kasper Kristensen.
Spatio-Temporal Models for Ecologists introducerer TMB gennem 273 sider og 12 kapitler med præsentation af teknikker, der bruger data fra den virkelige verden, og giver et værktøj til hierarkisk modellering af rum-tidsmæssige processer. Ifølge forordet er bogen beregnet til studerende på kandidatniveau og praktiske og akademiske økologer.
Illustration: tre gange omslaget til bogen