基于复杂性科学的虚拟城市建模研究
发布时间：2021-06-09 23:31
城市是一个复杂系统。虽然目前科学界对复杂系统没有严格的定义,但复杂系统所具有的特征是明确的,包括分形结构、自组织临界性、复杂网络等基本特征。本文将运用复杂性科学理论和复杂系统建模工具,研究城市系统的复杂性特征,包括城市的分形结构,城市的自组织及自组织临界性,以及城市系统中的复杂网络等。论文的主要研究内容包括以下几个部分:1.城市分形结构研究分形结构具有层次性和自相似性,具有空间利用率高,可扩展性强等优点,广泛存在于自然界中。人类的活动空间自觉或不自觉地形成了空间的分形结构,从建筑到居住环境,从社区到整个城市,从城市到城市体系,人类的活动空间具有层次性和自相似性。不仅城市的空间结构具有分形特征,城市中几乎一切具有整体分布性质的事物都具有分形特征,如交通、通信、能源传输等硬件设施,以及公安、银行、医院、学校等服务设施,都相应地具有分形特征。研究城市分形特征中的层次性和自相似模式,有助于在城市规划过程中优化空间结构,在城市管理过程中优化资源配置。本文在分析城市分形特征的基础上,利用这些分形特征建立了分形城市模型。模型运用分形机制规划城市空间,其中包含一个迭代过程和一个分形过程,迭代过程是一个...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
城市的空间拓展：（1）向高空拓展；（2）根据环境向周边拓展
B.Mandelbrot)创立的分形几何学，是探索复杂性然科学产生了深远影响。结构的一门数学分枝，传统的几何学可以对光以此为基础的严密和完整的理论体系。而普遍存是光滑、规则的，它们通常是错综复杂的，如海云朵、聚合物、天气模式、大脑皮层褶皱、肺部等等。这些事物利用传统几何学工具几乎无法描h 设计的一条被称为 Koch 的曲线图形。设 E0 为以 E0 的中间三分之一线段为底，向上做一个等3)，得一条四段折线 E1；第二步（n=2），对 E1.1 是前 6 步形成的图形。当 n ∞ 时，得到 Koch原ch
基于分形的空间规划，分形维数越高，空间布局越不规范，但空间可达性越高，如图2.3 所示。基于人工智能方法，如人工神经网络，遗传算法等，可以建立虚拟城市模型，如图 2.4 是通过遗传算法建立的虚拟城市模型。有些的城市模型综合运用了两种或两种以上方法。如图 2.5 是运用经典分形方法 L-系统和遗传算法结合，建立了虚拟城市模型。2.4.2 工具建立城市模型常用的基本建模工具有元胞自动机、多 AGENT 系统、分形生成工具以及其他软计算方法。在 3.3 节城市模型研究现状中我们将了解，多数城市模型是上述基本建模工具的组合。下面我们简要介绍这些基本建模工具。1．元细自动机（Cellular Automata）元胞自动机(Cellular Automata，简称 CA) 最初由数学家 Stanislaw M. Ulam（1909-1984）与 John von Neumann（1903-1957）于上世纪 50 年代提出。元胞自动机是一个离散型动力系统（ Discrete Dynamical Systems）。在上世纪 40 年代，Von Neumann 提出存储程序式计算机后，就对自我复制机发生兴趣。Von Neumann认为存储程序式计算机在理论上可以进行自我复制，并在这一研究过程中提出了元胞自动机的概念。当元胞自动机在电脑上模拟的时候，几乎可以复制出类似于自然界中实际发生的现象，这使元胞自动机成为了研究复杂系统行为的最初理论框架。由此，计算机科学家 Christopher Langton1987 年在 LosAlamos 国家图书馆召开的“生成以图 2.3：从左到右
本文编号：3221541
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
城市的空间拓展：（1）向高空拓展；（2）根据环境向周边拓展
B.Mandelbrot)创立的分形几何学，是探索复杂性然科学产生了深远影响。结构的一门数学分枝，传统的几何学可以对光以此为基础的严密和完整的理论体系。而普遍存是光滑、规则的，它们通常是错综复杂的，如海云朵、聚合物、天气模式、大脑皮层褶皱、肺部等等。这些事物利用传统几何学工具几乎无法描h 设计的一条被称为 Koch 的曲线图形。设 E0 为以 E0 的中间三分之一线段为底，向上做一个等3)，得一条四段折线 E1；第二步（n=2），对 E1.1 是前 6 步形成的图形。当 n ∞ 时，得到 Koch原ch
基于分形的空间规划，分形维数越高，空间布局越不规范，但空间可达性越高，如图2.3 所示。基于人工智能方法，如人工神经网络，遗传算法等，可以建立虚拟城市模型，如图 2.4 是通过遗传算法建立的虚拟城市模型。有些的城市模型综合运用了两种或两种以上方法。如图 2.5 是运用经典分形方法 L-系统和遗传算法结合，建立了虚拟城市模型。2.4.2 工具建立城市模型常用的基本建模工具有元胞自动机、多 AGENT 系统、分形生成工具以及其他软计算方法。在 3.3 节城市模型研究现状中我们将了解，多数城市模型是上述基本建模工具的组合。下面我们简要介绍这些基本建模工具。1．元细自动机（Cellular Automata）元胞自动机(Cellular Automata，简称 CA) 最初由数学家 Stanislaw M. Ulam（1909-1984）与 John von Neumann（1903-1957）于上世纪 50 年代提出。元胞自动机是一个离散型动力系统（ Discrete Dynamical Systems）。在上世纪 40 年代，Von Neumann 提出存储程序式计算机后，就对自我复制机发生兴趣。Von Neumann认为存储程序式计算机在理论上可以进行自我复制，并在这一研究过程中提出了元胞自动机的概念。当元胞自动机在电脑上模拟的时候，几乎可以复制出类似于自然界中实际发生的现象，这使元胞自动机成为了研究复杂系统行为的最初理论框架。由此，计算机科学家 Christopher Langton1987 年在 LosAlamos 国家图书馆召开的“生成以图 2.3：从左到右
本文编号：3221541
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