基于最大流原理的城市模式分析.pdf

1、城市是現(xiàn)代社會(huì)物質(zhì)文明和精神文明最集中、最活躍的地方，對(duì)城市的研究有著重要而深遠(yuǎn)的意義。經(jīng)濟(jì)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家等的傳統(tǒng)研究主要建立在歐式幾何及還原論科學(xué)的基礎(chǔ)上，取得了一定的成果。但是由于城市的影響因素眾多，是個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)，難以用還原論的自然科學(xué)一樣進(jìn)行建模和實(shí)驗(yàn)研究，因此對(duì)城市化和城市集聚化的研究還停留在初級(jí)階段并且面臨種種困難，這就呼吁新的研究思路和研究方法的出現(xiàn)。 本文從復(fù)雜性科學(xué)的產(chǎn)生以及特點(diǎn)出發(fā)，提出城市是一個(gè)典型的復(fù)

2、雜系統(tǒng)?？偨Y(jié)了傳統(tǒng)研究方法取得的成果以及存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展一套新的理論--最大流原理：一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開(kāi)放復(fù)雜系統(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。即城市系統(tǒng)在給定的約束條件下獲得最大的廣義城市流。論證得到最大流原理是復(fù)雜城市系統(tǒng)中的哈密頓原理、能夠體現(xiàn)城市系統(tǒng)的“競(jìng)爭(zhēng)”與“自然選擇”、與經(jīng)典熱力學(xué)理論主要是熱力學(xué)第二定律有著內(nèi)在的統(tǒng)一性。本文提出城市結(jié)構(gòu)和模式是城市研究的核心問(wèn)題，廣義城市流的

3、集聚過(guò)程是城市發(fā)展演化的基本過(guò)程。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)演化發(fā)展的新模型，建立了城市系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)系綜和勢(shì)函數(shù)，得到了城市系統(tǒng)演化的重整化方程。新模型從微觀動(dòng)力學(xué)角度反映了宏觀城市系統(tǒng)的分形結(jié)構(gòu)形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。本文將新模型應(yīng)用于兩個(gè)具有代表性的城市（地域）--天津?yàn)I海新區(qū)和廣州市分析城市的結(jié)構(gòu)和模式形成過(guò)程以及發(fā)展演化的原因，并在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)城市（地域）發(fā)展中存在的問(wèn)題，最后給出城市規(guī)劃

4、方面的建議和意見(jiàn)。 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)，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。通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模式識(shí)別與城市演化模式形成過(guò)程的統(tǒng)一性、模式對(duì)應(yīng)的分形結(jié)構(gòu)、數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法的算法準(zhǔn)則，得到量化城市模式參量的方法。通過(guò)實(shí)例，利用城市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在Matlab環(huán)境下展開(kāi)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)行量化分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)城市模式的發(fā)