城市系統(tǒng)發(fā)展模式的復雜性理論與應用.pdf

1、城市作為人類文明的代表，經濟、社會、科學、文化的淵源和焦點，加之當今迅速的城市化進程，使得城市和城市化的研究日益重要。但作為一個復雜的動態(tài)大系統(tǒng)，城市系統(tǒng)具有多層次、復雜性、開放性等特點，使得建立在歐氏空間幾何基礎上的傳統(tǒng)城市系統(tǒng)研究一直不夠深入。傳統(tǒng)研究方式面臨的困難以及城市發(fā)展的種種新特征暗示著城市研究需要發(fā)展新的理論和模型。以元胞自動機(CellularAutomata，簡稱CA)、遺傳算法(GeneticAlgorithm，簡稱

2、GA)和復雜適應系統(tǒng)(ComplexAdaptive System，簡稱CAS)等為代表的復雜系統(tǒng)理論以其綜合性、跨學科性和方法論的普適性等優(yōu)點解決了傳統(tǒng)城市研究中的諸多問題，利用這些方法研究城市已經構成城市系統(tǒng)研究的前沿。但這些復雜系統(tǒng)理論不能從組元的相互作用出發(fā)，從機理上說明城市系統(tǒng)的原理和動力學方程，也就不能形成真正的空間動力學模型。沒有動力學原理的支撐，對城市的描述往往過于主觀，不能對其發(fā)展演化的過程進行精確的模擬。因此，急需一

3、門全新復雜性理論來更為有效的進行城市系統(tǒng)的研究，于是，最大流理論應運而生。
　　 在綜合城市的傳統(tǒng)研究以及一些復雜性科學理論對城市系統(tǒng)研究的基礎上，結合城市發(fā)展出現的新的特征，利用復雜性科學的研究進展，本文論證了城市是一個開放的遠離平衡的非線性復雜系統(tǒng)，同時提出城市研究的范式轉換。本文在論證原子論在復雜城市系統(tǒng)研究中的失效后，定義了基于替代原子的新本原的廣義物理系統(tǒng)，并指出普通物理系統(tǒng)只是廣義物理系統(tǒng)的特例。系統(tǒng)闡述了廣義物理系

4、統(tǒng)的基本原理，創(chuàng)建了廣義物理系統(tǒng)的基本方程，將廣義信息熵原理作為統(tǒng)一大自然的法則，最后探討了基于信息理論的物理學。結合人工神經網絡，發(fā)展了與理論模型相對應的數值計算方法。利用統(tǒng)計力學建立自組織特征映射網絡的理論基礎，使得這一數值計算方法與理論模型具有內在一致性，并進一步拓展其聚類分析功能和隱含的分形機制。通過分析網絡訓練的模式識別過程與城市演化模式形成過程的統(tǒng)一性，得到量化城市模式參量的方法。
　　 時間尺度上，以廣州市為例，利