分形理论及其在经济管理中的应用
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20 0 4年第 3期 总第 l7期 l
河南 金融 管理 干部学 院学报 J U N LO E A O L G FF N N I L M N G M N A R S O R A FH N N C L E E O I A CA A A E E T C
D E
No 3 2 o . 0 4 S r lNO. l ei a 17
【 济研 究 】 经
分 彩 理 论 厦 舆 在
玄
管 理 中 的 应 用
( 州 大 学 商 学 院 , 南 郑 州 4 05 ) 郑 河 50 2
摘
要 : 形是 一种 复 杂的 几何 形体 , 特征 是组 成部 分 以 某种方 式与 整体 相似 、 分 其 维数是 分 数 维 。分形 理论 诞 生 于
2 0世 纪 7 0年 代 中期 , 已成为 复杂性 科 学的 重要 组成 部 分 , 广 泛应 用 于 资本 市场 、 业管 理 、 市规 划 、 口研 现 被 企 城 人 究等 诸 多领域 , 如分 形 资本 市场理 论 、 形企 业管 理模 式 等的 应 用大 大提 高 了经 济管理 的 效率 。 分 关键 词 : 形理 论 ; 维 ; 分 分 经济 管理 中 图分 类 号 :I02 F2 . 文 献标 识码 : A 文章 编号 :0 8—79 20 0 0 6 0 10 76(04)3— 06— 3
自2 0世 纪 7 0年代 曼德 尔 布罗 特 ( n e r ) Madl o bt
提 出 分 形 几何 基 本 理 论 以 来 , 过 2 经 0多 年 的 发 展 , 分 形 几 何 已 经 成 为 一 门 重 要 的 新 学 科 , 被 广 泛 地 并
一
种极其 简洁 的方法 。作 为 一个 全新 的概 念 , 分形 目前还没有一 个统 一 的 、 严格 的数 学定 义 。从 字 面
上来说 , 分形是指一类极其零碎而 复杂 , 有其相似 但 性或 自仿射性 的体 系。较 详细 的说 法 , 将分 形看 是 作具有如下 性 质 的集 合 : 1 分 形集 都 具有 任 意小 () 尺度 下 的 比 例 细 节 , 者 说 它 具 有 精 细 的 结 构 。 或 () 2 分形 集 是不 规则 的 , 不能 用传 统 的几何 语 言来 描述 , 它既不 是满 足某 些条件的点 的轨迹 , 不是某 也 些简单方程 的解集 。( ) 3 分形集 具有 某种 自相 似 的 形式 , 能 是 近 似 的 自相 似 或 者 统 计 的 自相 似。 可 () 4 一般分形集 的分形 维数通 常大 于它相 应 的拓 扑 维数 。( ) 多数 令 人感 兴趣 的情 形下 , 5在 分形 集 由 非常简单 的方法定 义 , 可能 以变换 的迭代 产 生。例 如, ? 冯 科契 ( oK c ) V n oh 曲线及康托尔 ( at ) C no 三分 r
集 被 看 作 分 形 的 典 型 例 子 。分 形 结 构 所 具 有 的 这 些
应用 于物理 、 化学 、 生物 、 材料 科学 、 算 机科学 、 计 天 文、 气象 、 学 、 济 、 理 科 学 以及 艺术 等 众 多 领 地 经 管 域 , 为当今 国际上许多学科 的前 沿研究课题 之一 。 成 在经济领域 , 多经济 学 家应用 分形 理论 来 解释 各 许
种 纷 繁 复 杂 的 经 济 现 象 。 在 管 理 领 域 , 形 理 论 的 分
引入 , 为管理科学 中许 多 问题 的解决 提供 了新 的行
之 有 效 的途 径 。
一
、
分 形 的 基 本 概 念
在经典 的欧几里德几何 中 , 我们 可 以用线 和面 、
圆和球 、 和角等这一类规则的形状 去描述诸 如墙 、 锥
车轮 、 建筑 物等人造 物体 , 因为这些 物体本 身就是 根
据 欧 氏 几何 的 规 则 图形 生 成 的 。 然 而 , 自然 界 中 , 在
却存 在许多极其 复 杂 的形状 , : 、 、 如 山 云 闪电 、 海岸 线 等 。长期 以来 , 这类 不 连 续 、 光 滑 ( 可导 ) 对 不 不 的几何 形状 的描述没有得到人们 的足够 重视。为 了 描述 自然界中大量存在 的 、 过去被人们认为是 “ 不可 名状 的” “ 或 病态 的” 几何 物体 ,9 5年 , 国哈佛大 17 美 学数学 系教授 曼德尔布罗 特创造 了分形 ( rc 1这 Fat ) a 个新术语 。18 9 2年 , 当曼 德尔 布 罗 特 的新作 《 自然 界 中的分形几何 》 一书 出版后 , 分形这一概念不 胫而 走, 分形这朵数学 奇葩 为 物理组 织形 态描 述 提供 了
收稿 日期 :0 4— 3—1 20 0 5
基 本性质 , 明它不 是完 全混 乱或 毫无 规 则 的。 自 说 然界中的一 切形状及 现象都能 以较小或 部分 的细 节 反映出整体 的不 规则性 。 在欧 氏几 何 中 , 是零 维 的 , 线是 一维 的 , 点 直 平 面是 二维 的 , 立体是三维 的。换 言之 , 确定 直线上 一
个 点 的位 置 需 要 一 个 坐 标 , 定 平 面 上 一 个 点 的 位 确 置 需 要 两 个 坐 标 , 定 空 间 中一 个 点 的 位 置 需 要 三 确
个坐标 。用坐标 的个 数来 确定 几何 体 的维 数 , 维数 总是整数 。这种维数源 于勒 贝格 ( eege 测度及 L bsu )
作者 简 介 : 方元 (92一) 男, 南商城 人 , 州 大学 商 学院副 教授 , 士 生导 师 , 卢 16 , 河 郑 硕 西南 交通 大 学 经 济管 理 学 院在 读 博 士
研 究生 , 主要研 究方 向为数 量 经济 与金 融 工程 。
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【 济研究 】 经
卢方 元
分 形理论 及其 在经济 管理 中的应 用
维 数 理 论 , 无 法 反 映 具 有 自相 似 性 的 分 形 这 类 事 它 物 的 几 何 特 征 。例 如 , 尔 宾 斯 基 ( irisi 三 角 谢 Sepnk)
测 度 和维 数 。
( )9 6年 至 17 二 12 9 5年
垫片是从一等边 三 角形 开始 进行 迭代 操作 , 其 四 将
等 分 , 掉 中 心 的 那 部 分 , 限 重 复 这 种 操 作 , 终 去 无 最 所 得 的 极 限 图 形 ( 1 。 它 既 不 是 欧 氏 几 何 的 曲 图 ) 线 , 不 是 平 面 , 是 介 于 线 与 面 之 间 , 维 数 为 也 而 其
这 一 时期 , 们 对 分 形 集 的 性 质 做 了 深 入 的 研 人
究, 不仅形 成了理论 , 而且将研究 范 围扩大 到 了数学 的许多分支 。此 外 , 数 理论 研究 也获 得 了丰 富 的 维 成果 , 出现 了 B u gn ol ad维 数 、 盖 维数 、 维数 等 。 i 覆 熵
尽管在此阶段分 形 的研究 取得 了许 多重 要 的结 果 , 但 是 绝 大 部 分 从 事 这 一 领 域 工 作 的 人 主 要 局 限 于纯 数学理 论研究 , 而未 与 其 他 学 科 发 生 联 系 。
( )9 5年 至 今 三 17
D= o3 l 2=15 5 门格尔 ( egr 海绵 ( 2 l /o g g .8 。 M ne) 图 )
从 表 面 看 是 一 个 立 方 体 , 三 维 的 , 它 是 以 某 一 构 是 但 造 为基 础 而 规 则 形 成 的 许 多 孔 洞 的 高 度 无 序 结 构 。
在一定压 力下它能 压实 在 一个 平面 上 , 时就 是二 这
维 的 。这 说 明 表 观 看 上 去 充 实 的 立 方 体 实 际 上 是 部 分 充 实 的三 维 结 构 , 维 数 应 大 于 2 0而 小 于 3 0, 其 . . 真 实 维 数 为 D=lg0 lg o2 /o3=2 76 。 .2 8
这 一 时期 , 形 几 何 在 各 个 领 域 的 应 用 取 得 了 分 全 面 的发 展 , 形 成 了 独 立 的 学 科 。 曼 德 尔 布 罗 特 并 集 前 人 研 究 之 大 成 , 其 独 特 的思 想 , 统 、 入 、 以 系 深 创 造 性 地 研 究 了 海 岸 线 的 结 构 、 有 强 噪 声 干 扰 的 电 具
图 1谢 尔宾 斯 基 三角 垫 片
圈
图 2 门格 尔海 绵
一
子通讯 、 月球 的表 面 、 河 系 中星 体的 分 布 、 貌 的 银 地 生成几何性质等 典 型对象 , 取得 了一 系列令 人 瞩 并 目的成就 。17 9 5年 , 曼德 尔 布 罗特 以“ 形 、 状 、 分 形 机遇和维数” 为名发表了他的划时代专著 , 首次 系统
个 独 立 的 学 科 , 形 几 何 正 式诞 生 了 。 自 17 分 9 5年 以来 , 形 理 论 无 论 是 在 数 学 基 础 还 是 在 应 用 方 面 分
早在 2 0世 纪 初 , 学 家 豪斯 道 夫就 对 分维 进 数 行了数学 研究 , 现在豪 斯道 夫测度 及维数 已成 为分
形 理 论 的 核 心 概 念 和 数 学 基 础 。 但 是 豪 斯 道 夫 测
地 阐述了分形几何的思想 、 内容 、 义 和 方 法 。 作 为 意
度 和维数 都 很 难 计 算 , 以 以豪 斯 道 夫维 数 为 基 所 础 , 学家们 又根 据不 同的需要 给 出 了很 多分维 的 科
定 义 , : 似 维 数 、 联 维 数 、 息 维 数 、 量 维 如 相 关 信 容 数 、 义维数 等 。 广
二 、 形 理 论 的发 展 分
都 有 快 速 发展 。 由 于 分 形 几 何 极 强 的 应 用 性 , 在 其 物 理 学 的 相变 理 论 、 料 结 构 与控 制 、 学 中 的 断 裂 材 力
与破坏 、 高分子链 的聚 合 、 模式 识 别 、 自然 图形 的模 拟、 酶的生成以及 经济 管理 等领 域都 获得 了广泛 的
应用 。
分 形 理 论 的发 展 可 分 以 下 三 个 阶 段 :
( )8 5年 至 12 一 17 9 5年
三 、 形 理 论在 经 济 管 理 中 的应 用 分
曼德 尔布 罗特首先 将分形 的概 念引 入经 济学 。 早在 1 6 9 3年 , 发现 市 场 商 品价 格 变化 与时 间之 他 间有一 种不 同寻常 的 函数 关系 , 现出统计 自相 关 呈 的性 质 。 他 求 得 1 9世 纪 棉 花 价 格 变 化 的 分 维
D e=17, 研 究 了 利 润 变 化 、 票 市 场 的 行 情 、 . 并 股 居
这一时期 , 人们认 识到分形 的存 在 , 构造 了许 多 典型的分形对象 , 并为 讨论 它们提 出了最 基本 的工 具。1 纪 , 9世 尽管人们 已经 能 区别 连续 与可微 的 曲
线 , 普遍认为连续但 不可微的情形 是极为例 外的 , 但 理 论 研 究 中 应排 除 这 类 “ 物 ”, 且 特 别 认 为 一 条 怪 而 连 续 曲线 不 可微 的 点 应 当 是 极 少 的 。 10 9 4年 , ? 冯
民的收入 及资产 和财 产的 分布等 经济 问题 , 并认 为 所 有这些 问题 都 与 分 形有 关 。现 在许 多经 济 学 家 运 用分形 理论说 明和解 释 复杂多 变的经 济现象 ,, 例 如 , 济弹性 的分 维意义 、 经 价格变化 的分 维测算 、 国 民收入 的分形 与分 维 、 资本 和财 产 的 负幂 分 布 、 经 济 系统变 化 趋 势 预 测 的 R S分 析 、 济 混 沌 及 经 / 经
济 奇 异 吸 引子 的 分 维 测 度 等 , 有 这 些 新 成 果 为 经 所 济 学 注 入 了新 的 活 力 。
科契用初 等方法 构造 了一种处处不 可微的连续 曲线
( ? 契 曲线 ) 并 讨 论 了该 曲 线 的 性 质 。 该 项 研 冯 科 ,
究工作改变 了人们认 为连续不可微 曲线 的构造 一定
非 常 复 杂 的看 法 。在 这 一 时期 , 冯 ? 契 曲 线 外 , 除 科
人们 提 出了许 多分 形对 象 , 如皮 亚诺 ( en ) P ao 曲线 、 康 托尔三分集 、 布朗 ( rw ) Bo n 运动 ( 种典 型的随 机 一 分形集 ) 。随着对分 形对象 的深入研究 , 等 人们 认 识 到分形 是 自然界 中一 种普遍 存在 的对象 , 为描 述 它 们 ,9 9年 , 斯道 夫 ( aso ) 出 了豪 斯道 夫 11 豪 H udr 提 f
用分形理论研究资本市场解 决 了有效 市场理论 中许多前提假设 的局 限性和缺 陷。在传统 的有效市 场理 论框架 下 , 主要研 究 价格 波动是 否 满足 随机 游
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【 经济研究】
卢方元 分形理论及其在经济管理中的应用
走 的检验标 准 , 而对 于异 于随 机游 走 的市场 波 动状 态, 则被排斥于有效市场研究 之外 。实证 研究表 明 , 世界上绝大 多数资 本市场 中的价格并 不服从 随机游
走, 而具 有不 同程 度 的 长 期 相 关 性 。 股 票 价 格 随 时
式 。可以认 为 , 在知识经济社会里 , 分形 理论将成 为
管 理 科 学 的 基础 。
近几 十年来 , 由于城市 的快速发 展 , 随之而来 的 是社会治安 、 交通拥挤 、 环境 污染 、 口控制 、 人 能源 紧
缺 等 一 系 列 问题 。用 分 形 原 理 管 理 城 市 是 近 年 来 崛 起 的 管 理 科 学 的 一 个 分 支 。城 市 建 筑 、 路 分 布 、 道 商
间变化的图形 , 显示为一条参差不 齐的折线 , 不是 既
直线 的 一 维 也 不 是 平 面 的 二 维 , 的 维 数 介 于 一 和 它
二之 间 , 即分形 中的分 数维 。观察 股 票 日、 、 收 周 月 益率 , 不难发现其具有分 形中的 自相似性 , 即构成体
相 对 独 立 的部 分 ( 系统 、 子 系统 ) 形 态 结 构 是 子 子 的
业 网点布局 、 生活服务设施建设 、 信息 高速公路建 设 等在一定 程度 上 满足 了分形 结构 的研 究 理论 范畴 。 用分形原理 , 以进行城市边界 的分形模拟 , 理和 可 管 设计城市布局 , 即区域配套整体功能设计 。
分 形 理 论 应 用 于 人 口学 , 人 口学 研 究 增 添 了 为 新 的 学 派 —— 非 线 性 分 析 学 派 。人 口系 统 的 混 沌 行
整体的缩影 。非线性 系统理论的应用 以及分形 资本 市场理论 的提 出 , 资本市 场 的研究 构建 了一个 新 为 的理论框架 , 为资 本市 场波 动特 性 与结构 的研 究 提 出 了新方法 。诸 如市 场 的分形 维数 和非 线 性结 构 , 市场对于信 息 反 应 的非 线 性 因果 关 系等 问 题 的研 究, 对于市场 的监管 者和政策的制定者 , 都具 有重要
的意 义 。
为 、 口发展 的 R S分析 与 预 测 、 口系统 的多 重 人 / 人 分形 、 城镇人 口分布 的分形 与城市发展 战略 , 以及城 市 形态扩散增 长 的凝 聚扩散模 型模拟 方法 等 , 形 分 理论都大有用武 之地 。
参 考文献 :
在管 理科学 领域 内, 其组织建 设 、 管理方法 与手 段等方 面都 表现 出一定的层次 、 构 、 结 功能和信 息的
相 似 性 。从 最 底 层 管 理 到 最 高 层 管 理 、 局 部 到 整 从
[ ] 美] 1 [ 埃德加 ? . E 彼得 斯著 , 王小 东译 . 资本 市场
的混沌 与 秩 序 [ . 京 : 济 科 学 出版 社 , M] 北 经
1 99. 9
体 、 政务与科技管理到经济财务 管理 , 从 也都体现 着
一
定 的 自相似 性 。受 分形 理论 的启 发 , 国学 者 瓦 德
[ ]于发稳. 2 分形理论 与 非线性 经济 系统 [ ] 西北 J. 农业 大学学报 , 9 ,8 4 :5 3 3. 1 6 1 ( )3 9— 6 9
[ ]郁 俊 莉 . 形 理 论 及 其 在 资 本 市 场研 究 中 的 意 3 分
内克 ( mek ) 授 提 出 了 一 种 新 的 企 业 管 理 模 Wa ce 教
式: 分形企 业 管 理 。分形 企 业 的 每个 组 成 部分 ( 分 形) 都是独立 的 , 能够 自主 决策 , 同时又能 正确 处理 它们 在整个企业 系统 中的地位 和作 用 。每个 组成部 分都有 自我优化 、 自我设计 、 自我创 造和 自我 组织 的 自由 , 但都 受 到 整个 企 业 任 务这 个 大 环 境 的 制 约。 这种企业适 应外部 环境 的 能力 显 著提 高 , 及时 调 能
义[ ] 石 家庄经 济 学院 学报 ,0 0 ( ) 2 3— J. 20 , 3 :5
2 57 .
[ ]胡 援 . 形 理 论 及 其 在 管 理 领 域 中 的 应 用 4 分
[] 同济 大学 学报 ( J. 社会科 学版 )20 ,4 2 : , 3 1 ( ) 0
7 —8 . 8 2
整其结构 以应 付外 部变 化 , 这对 处 于瞬 息万 变 的市
场环境 中 的企 业显 然 是 十分 有利 的组织 和管 理 模
( 任编辑 : 献策 ) 责 王
On Fr c a e r n t p i a i n f r Ec n mi a a e e t a t lTh o y a d is Ap l to o o o c M n g m n c
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( uiesS h o fZ egh u U iest Z egh u, n n4 0 5 C ia ) B s s colo hn z o nvri n y, hn z o He a 5 0 2, hn
Ab t a t r c a h o y i a c mp e r , i h i h r c e ie y a smi r y o o o e tt h o e e t y sr c :F a t t e r s o l x f m wh c sc a a t r d b i l i fa c mp n n o t ewh l n i l o z a t t
i o y a d o a t i n in n s me wa n f rca d me so .Bon i h d 1 9 s rca h o a e o mp r n o o n n f f l r n temi -9 0 ,fa t te r h sb c mea i o t tc mp e to l y n a
c mpe i ce c o lxt s in e,wh c se tn iey a pid frc ptlma k t u ie sma a e n ,ct l nn ,p p l - y ih i xe sv l p l a i r e ,b s s n g me t i p a i g o u a e o a n y n
t n rs ac i e e rh,ec o t .T ea p iain o a t a ia r e h oy,fa t u i e sma a e n atr sh r al h p lc t ff ca c ptlmak t e r o r l t rca b sn s n g me tp ten a g e t l s y
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Ke r s r ca h o ;fa t i n in;e o o c ma a e n y wo d :fa t t e r l y rca d me so l c n mi n g me t
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