基于最大流原理的城市模式分析.pdf

1、城市是現(xiàn)代社會物質(zhì)文明和精神文明最集中、最活躍的地方，對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)行建模和實驗研究，因此對城市化和城市集聚化的研究還停留在初級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)生以及特點出發(fā)，提出城市是一個典型的復(fù)

2、雜系統(tǒng)。總結(jié)了傳統(tǒng)研究方法取得的成果以及存在的問題，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展一套新的理論--最大流原理：一個遠(yuǎn)離平衡的開放復(fù)雜系統(tǒng)總是尋找一種優(yōu)化過程使得系統(tǒng)在給定的約束或代價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“競爭”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題，廣義城市流的

3、集聚過程是城市發(fā)展演化的基本過程。在這個基礎(chǔ)上，利用最大流原理優(yōu)化思想從統(tǒng)計力學(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)計系綜和勢函數(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)形成的動力學(xué)機理。本文將新模型應(yīng)用于兩個具有代表性的城市（地域）--天津濱海新區(qū)和廣州市分析城市的結(jié)構(gòu)和模式形成過程以及發(fā)展演化的原因，并在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)這兩個城市（地域）發(fā)展中存在的問題，最后給出城市規(guī)劃

4、方面的建議和意見。 結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了與理論模型相對應(yīng)的數(shù)值計算方法。利用統(tǒng)計力學(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)值計算方法與理論模型具有內(nèi)在一致性。通過分析網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模式識別與城市演化模式形成過程的統(tǒng)一性、模式對應(yīng)的分形結(jié)構(gòu)、數(shù)值實現(xiàn)方法的算法準(zhǔn)則，得到量化城市模式參量的方法。通過實例，利用城市統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在Matlab環(huán)境下展開自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)數(shù)值計算分析，對城市模式進(jìn)行量化分析。在此基礎(chǔ)上，對城市模式的發(fā)