復(fù)雜城市系統(tǒng)分形結(jié)構(gòu)及其發(fā)展模式.pdf

1、作為現(xiàn)代社會(huì)最為突出的特征之一，城市化進(jìn)程受到廣泛關(guān)注。由于影響因素眾多，同時(shí)又難以像自然科學(xué)一樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)城市這一復(fù)雜問(wèn)題的研究相當(dāng)困難。城市化和城市集聚過(guò)程的研究已吸引了眾多科學(xué)家的努力，對(duì)城市模式是如何隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而形成和演化的研究成果，為城市發(fā)展規(guī)劃提供了基本的依據(jù)和支持。傳統(tǒng)的城市研究建立在歐氏空間幾何的基礎(chǔ)上，然而，傳統(tǒng)研究方式面臨的困難以及城市發(fā)展的種種新的特征暗示著城市研究需要發(fā)展新的理論和模型。 在綜合城市的傳

2、統(tǒng)研究以及一些新的研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市發(fā)展出現(xiàn)的新的特征，利用復(fù)雜性科學(xué)的研究進(jìn)展，本文論述了城市是一個(gè)開放的遠(yuǎn)離平衡的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)提出城市研究的范式轉(zhuǎn)換。本文提出，城市結(jié)構(gòu)和模式的形成是研究城市系統(tǒng)的核心問(wèn)題，廣義城市流的集聚是城市化的基本特征。在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用最大流原理優(yōu)化思想從統(tǒng)計(jì)力學(xué)角度建立了復(fù)雜城市系統(tǒng)演化的最大流模型：一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的復(fù)雜城市系統(tǒng)總是尋找一種優(yōu)化過(guò)程使得系統(tǒng)在給定的約束或代價(jià)下所獲得的廣義流最大

3、。新的城市演化模型建立了城市系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)系綜和勢(shì)函數(shù)，得到了城市演化基本方程，通過(guò)分析城市的非平衡相變過(guò)程得到了城市系統(tǒng)的分形層次結(jié)構(gòu)及其重整化方程。新模型從微觀動(dòng)力學(xué)角度探討了宏觀城市系統(tǒng)的分形層次結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，分析了城市邊界流型與分形指數(shù)之間的聯(lián)系，并以武漢、杭州這兩個(gè)城市為例實(shí)證分析了城市分形生長(zhǎng)及其維數(shù)變化。 結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了與理論模型相對(duì)應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方法。利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)建立自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)，

4、使得這一數(shù)值計(jì)算方法與理論模型具有內(nèi)在一致性，并進(jìn)一步拓展其聚類分析功能和隱含的分形機(jī)制。通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模式識(shí)別過(guò)程與城市演化模式形成過(guò)程的統(tǒng)一性，得到量化城市模式參量的方法。選取環(huán)渤海區(qū)城市群為研究對(duì)象，利用城市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在Matlab下展開自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)數(shù)值計(jì)算分析，對(duì)城市模式進(jìn)行分類，并通過(guò)對(duì)城市模式的量化分析，得到了城市模式分形體系。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析，結(jié)合理論模型和實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)從區(qū)域城市群整體發(fā)展的角度看，單一城市