城市是一個復雜系統(tǒng)。雖然目前科學界對復雜系統(tǒng)沒有嚴格的定義,但復雜系統(tǒng)所具有的特征是明確的,包括分形結(jié)構(gòu)、自組織臨界性、復雜網(wǎng)絡等基本特征。本文將運用復雜性科學理論和復雜系統(tǒng)建模工具,研究城市系統(tǒng)的復雜性特征,包括城市的分形結(jié)構(gòu),城市的自組織及自組織臨界性,以及城市系統(tǒng)中的復雜網(wǎng)絡等。論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分:1.城市分形結(jié)構(gòu)研究分形結(jié)構(gòu)具有層次性和自相似性,具有空間利用率高,可擴展性強等優(yōu)點,廣泛存在于自然界中。人類的活動空間自覺或不自覺地形成了空間的分形結(jié)構(gòu),從建筑到居住環(huán)境,從社區(qū)到整個城市,從城市到城市體系,人類的活動空間具有層次性和自相似性。不僅城市的空間結(jié)構(gòu)具有分形特征,城市中幾乎一切具有整體分布性質(zhì)的事物都具有分形特征,如交通、通信、能源傳輸?shù)扔布O施,以及公安、銀行、醫(yī)院、學校等服務設施,都相應地具有分形特征。研究城市分形特征中的層次性和自相似模式,有助于在城市規(guī)劃過程中優(yōu)化空間結(jié)構(gòu),在城市管理過程中優(yōu)化資源配置。本文在分析城市分形特征的基礎上,利用這些分形特征建立了分形城市模型。模型運用分形機制規(guī)劃城市空間,其中包含一個迭代過程和一個分形過程,迭代過程是一個... 

【文章來源】：山東師范大學山東省

【文章頁數(shù)】：171 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

城市的空間拓展：（1）向高空拓展；（2）根據(jù)環(huán)境向周邊拓展

B.Mandelbrot)創(chuàng)立的分形幾何學，是探索復雜性然科學產(chǎn)生了深遠影響。結(jié)構(gòu)的一門數(shù)學分枝，傳統(tǒng)的幾何學可以對光以此為基礎的嚴密和完整的理論體系。而普遍存是光滑、規(guī)則的，它們通常是錯綜復雜的，如海云朵、聚合物、天氣模式、大腦皮層褶皺、肺部等等。這些事物利用傳統(tǒng)幾何學工具幾乎無法描h 設計的一條被稱為 Koch 的曲線圖形。設 E0 為以 E0 的中間三分之一線段為底，向上做一個等3)，得一條四段折線 E1；第二步（n=2），對 E1.1 是前 6 步形成的圖形。當 n ∞ 時，得到 Koch原ch

基于分形的空間規(guī)劃，分形維數(shù)越高，空間布局越不規(guī)范，但空間可達性越高，如圖2.3 所示。基于人工智能方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡，遺傳算法等，可以建立虛擬城市模型，如圖 2.4 是通過遺傳算法建立的虛擬城市模型。有些的城市模型綜合運用了兩種或兩種以上方法。如圖 2.5 是運用經(jīng)典分形方法 L-系統(tǒng)和遺傳算法結(jié)合，建立了虛擬城市模型。2.4.2 工具建立城市模型常用的基本建模工具有元胞自動機、多 AGENT 系統(tǒng)、分形生成工具以及其他軟計算方法。在 3.3 節(jié)城市模型研究現(xiàn)狀中我們將了解，多數(shù)城市模型是上述基本建模工具的組合。下面我們簡要介紹這些基本建模工具。1．元細自動機（Cellular Automata）元胞自動機(Cellular Automata，簡稱 CA) 最初由數(shù)學家 Stanislaw M. Ulam（1909-1984）與 John von Neumann（1903-1957）于上世紀 50 年代提出。元胞自動機是一個離散型動力系統(tǒng)（ Discrete Dynamical Systems）。在上世紀 40 年代，Von Neumann 提出存儲程序式計算機后，就對自我復制機發(fā)生興趣。Von Neumann認為存儲程序式計算機在理論上可以進行自我復制，并在這一研究過程中提出了元胞自動機的概念。當元胞自動機在電腦上模擬的時候，幾乎可以復制出類似于自然界中實際發(fā)生的現(xiàn)象，這使元胞自動機成為了研究復雜系統(tǒng)行為的最初理論框架。由此，計算機科學家 Christopher Langton1987 年在 LosAlamos 國家圖書館召開的“生成以圖 2.3：從左到右


本文編號：3221541