城市演化的实证与理论的研究

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1、宁夏人学坝l：学位论文第一章绪论1．1复杂性研究概述第一章绪论为了弄清楚物质的构成，科学家们在早期的研究中几乎将所有的东西都拆解成分子、原子和夸克，认为理解了这些就可以解释整个宇宙，这种思想人们归结为还原论思想。但是到了20世纪的下半叶，一些新问题的提出使得还原论的思想并不能让人完全理解整个宇宙。世界是由简单的粒子所构成的，但是世界却并不简单。近年来，一些新出现的研究领域并不是对基本粒子的深入研究，而是在宏观层次上去研究物质世界的流通、变迁和发展等问题。例如对神经网络和人工智能等复杂关系的探索研究。对这类问题的研究，科学家们称之为

2、复杂性科学研究。复杂性研究是--i、]新兴的科学，对丁．复杂性的概念目前还没有完全统一的定论，因为它涵盖了科学研究的各个领域。在欧洲复杂系统的兴起主要有布鲁塞尔学派的耗散结构理论，哈肯学派的协同学理论以及艾根的超循环理论。美国对复杂性研究的的学派有交叉学派、系统动力学派、混沌理论、白适应系统理论和基于结构的学派。在中国，研究复杂性的核心则是钱学森，他的“开放的复杂巨系统理论”开创了复杂性研究在中国的先河。钱学森认为：“凡是不能川还原论处理或不宜用还原论方法处理的问题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题’’【11。复

3、杂性科学的研究与传统的科学研究火不相同，其研究的不是一门具体的科学，而是在许多的学科中都有涉及，是一门相互交叉的学科，在各个传统的!学科如物理、化学、生物、经济、神经科学等都有体现。之所以称之为复杂性科学，是从其研究的方法论角度去考虑的，它不再使用以往还原论的思想，所用的研究方法也不是原来的还原分析方法，在不同的学科领域有不同的研究方法。近年来，以苗东升、吴彤等为代表的复杂性研究试图从哲学的层面、不同的角度去探索，极大的促进了复杂性研究的发展。对复杂性的研究主要是在对各种复杂系统的探索研究中体现山来的。虽然现在关于复杂系统的认识各

4、有千秋，但是，复杂系统与周围的环境相互依存，一股认为复杂系统都具有开放性、动态性、非线性、非周期性、初值敏感性、结构白相似性利整体性等特征。复杂系统一定是一个开放的系统。只有对外界开放，并且不断的与外界进行各种物质、能量和信息的交换，该系统才有存在和发展的可能性。开放的系统能够在通过与外界发生各种相互作用的过程中进行白我反馈调二饥并且自身在自我演化过程中受到各种相应条件的制约。任何一个复杂系统都是在不断的随着时间演化之后才能形成具有一定功能的组织或系统，才会具有区别于其他系统的特征。非线性是复杂性行为的最根本的成因。可以说没有非线

5、性就不会形成复杂性。复杂性是由简单的基本结构单元所构成的，但是复杂性并非这些简单结构单元的线性叠加，而是通过这些组成部分或结构单元之间复杂的非线性相互关联与相互制约而形成的。复杂系统一般都不具有周期性，系统的演化是无序的，没有固定或者明显的规律性可以遵循，并且，复杂系统对初值是非常敏感的。如果初始状态一旦变化就会导致复杂系统的演化结果或者复杂系统的整体特征发生极大的变化。复杂系统的各个组成部分都具有一定的结构，这些结构一般都具有自相似性。即复杂系统宁夏人学硕：仁学位论文第一章绪论的组成部分通过某种性质与系统整体相互关联：，白相似性

6、不论是在空问结构上还是在时问序列上都有体现。另外，对于一个复杂的非线性系统，其行为不能从单个的子系统行为中得山结论，而应该从系统整体去考虑。复杂系统本身所体现出来的特征往往是子系统之问竞争或者是合作的结果，所以我们要研究复杂系统的复杂性就必须考虑其整体特征。复杂性科学的兴起与传统的科学相辅相成对人类更进一步的了解整个世界意义重人。除以上特征之外，还有一些其他的特点如多样性、：多层次性等。复杂性是世界的本质属性，对不同的领域如物理、化学、生物、经济、生态环境、神经科学等具有不同的意义，在各个学科中即具有自己独特的意义又同时存在相互联

7、系。总之，复杂性科学的研究为人类认识世界开辟了新篇章。1．2复杂网络研究概述1．2．1复杂网络研究的进展及现状网络是二十世纪最伟大的发明之一，它的山现改变了我们的生活，让我们感到无比的惊讶。而复杂网络则是对白然界中存在的人量复杂系统最为一般的抽象和描述方式，对它的研究不得不让我们感受到了大自然的神奇。系统都是由各个小单元所构成的，如果把这些小单元抽象成节点，将单元与单元之间的相互关系利作用抽象为：1y点之间的连线或边，则任何复杂系统都可以当作是复杂网络来研究。对某个：仃点而言，跟该：1，点的相互作用的节点的个数就叫做该点的度，如果

8、相互作用的：肖点数越多，则该：1了点的度越火，那么从某种意义上米说，这个点就更“重要，，【21。对复杂网络的研究越来越多，所涉及到的面也越来越广。例如，神经系统可以看作是大量神经细胞通过神经纤维相互连接形成的网络。“；计算机网络可以看作是自主工作的