城市系統(tǒng)發(fā)展模式的復(fù)雜性理論與應(yīng)用.pdf

1、城市作為人類文明的代表，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科學(xué)、文化的淵源和焦點(diǎn)，加之當(dāng)今迅速的城市化進(jìn)程，使得城市和城市化的研究日益重要。但作為一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)，城市系統(tǒng)具有多層次、復(fù)雜性、開放性等特點(diǎn)，使得建立在歐氏空間幾何基礎(chǔ)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(dòng)機(jī)(CellularAutomata，簡(jiǎn)稱CA)、遺傳算法(GeneticAlgorithm，簡(jiǎn)稱

2、GA)和復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(ComplexAdaptive System，簡(jiǎn)稱CAS)等為代表的復(fù)雜系統(tǒng)理論以其綜合性、跨學(xué)科性和方法論的普適性等優(yōu)點(diǎn)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(jīng)構(gòu)成城市系統(tǒng)研究的前沿。但這些復(fù)雜系統(tǒng)理論不能從組元的相互作用出發(fā)，從機(jī)理上說明城市系統(tǒng)的原理和動(dòng)力學(xué)方程，也就不能形成真正的空間動(dòng)力學(xué)模型。沒有動(dòng)力學(xué)原理的支撐，對(duì)城市的描述往往過于主觀，不能對(duì)其發(fā)展演化的過程進(jìn)行精確的模擬。因此，急需一

3、門全新復(fù)雜性理論來更為有效的進(jìn)行城市系統(tǒng)的研究，于是，最大流理論應(yīng)運(yùn)而生。
　　 在綜合城市的傳統(tǒng)研究以及一些復(fù)雜性科學(xué)理論對(duì)城市系統(tǒng)研究的基礎(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，本文論證了城市是一個(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。本文在論證原子論在復(fù)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(xué)。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，并進(jìn)一步拓展其聚類分析功能和隱含的分形機(jī)制。通過分析網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模式識(shí)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(shí)間尺度上，以廣州市為例，利