元胞自动机及应用.ppt

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1、2021/9/91元胞自动机及其在城市模拟中的应用2021/9/92基于CA的真实城市模拟其他城市CA模拟应用存在的问题logisticCA的具体实现内容如下：元胞自动机（CA）和地理元胞自动机元胞自动机及其在城市模拟中的应用研究背景城市化作为土地利用／土地覆被变化(LUCC)的重要驱动机制日益引起广泛的关注，而我国正进入城市化的加速发展阶段城市空间模拟日益成为城市规划者、经济学家、生态学家、和致力于可持续发展的资源管理者的重要工具研究背景城市模型发展阶段静态的、均衡的、宏观模型（20世纪50，

2、60年代）动态的、微观模型（20世纪80年代以后）城市增长动态模型分类宏观系统动力学模型：着眼于宏观变量相互关系微观系统动力学模型：宏观现象的微观作用机制CellarAutomataBasedModelMulti-AgentBasedModel研究背景主要的模拟方法及模型基于细胞自动机（CA)的动态模拟基于主体的动态模拟TranSims模型空间统计学模拟马尔可夫链(Lopezetal.,2001)和逻辑斯蒂回归(WuandYeh,1997)基于人工神经网络的模拟格局分析(Shmueli,1998

3、;Pijanowskiaetal.2002)基于分形的形态模拟扩散聚合模型（DLA）(BattyandLongley,1994)；渗透模型(Makseetal.,1998)混沌和灾变模拟自组织临界值（SOC）(Batty1998；Wu1999)研究背景2021/9/96元胞自动机元胞自动机（CellularAutomata）是一种时间、空间、状态都离散的模型，具有强大的空间建模和计算能力，能够模拟具有时空特征的复杂动态系统。元胞自动机的基础就在于“如果让计算机反复地计算极其简单的运算法则，那么就

4、可以使之发展成为异常复杂的模型，并可以解释自然界中的所有现象”的观点。细胞自动机的特点简单性和直观性complexity≠complication离散性；灵活性与开放性易于与GIS、遥感数据处理等系统结合细胞自动机的扩展细胞空间：从无限到有限；从同质到非同质；从规则到不规则细胞状态：表征地理实体或现象的指标、编码或等级的集合邻域：从固定性到非固定性多种多样转换规则：从普遍到非普遍（分区）；从恒定性到变动性；从确定性到随机性，局部个体间相互作用-综合的多层次规则时间概念与地理实体演化相一致，从规律

5、性到不规律性系统从闭合到开放元胞自动机城市增长模型（SLEUTH）的发展与应用2021/9/98CA大力发展考虑自我复制的可能性引入其他领域不断改进、优化20世纪50年代20世纪8、90年代现在美国数学家vonneumann(冯·诺依曼,计算机之父)；用CA演示了机器能够模拟自身的现象；Wolfram等；对CA的发展起了极大的推动作用，提出CA的五个基本特征；生命游戏；对各种复杂现象进行模拟模型进一步发展元胞自动机（CA）与计算机科学的发展有密切的关系，元胞自动机的出现为早期计算机的设计提供了依

6、据。元胞自动机的发展历史20世纪90年代S.Wolfram的研究(1984,Nature)，发现了110规则，对元胞自动机理论作出了巨大贡献。沃尔夫勒姆1959年出生于伦敦，父亲是相当成功的作家，母亲是牛津大学的哲学教授。他幼年聪慧，13岁入伊顿（Eton）公学，15岁发表首篇粒子物理方面的学术论文，到17岁，他的科学论文发到了《核物理》（TheNuclearPhysics）杂志上。1978年19岁的沃尔夫勒姆受著名物理学家穆雷·盖尔曼之邀去到加州理工学院（theCaliforniaInstit

7、uteofTechnology），从事基本粒子物理学方面的研究，取得显著成就，一年内获得理论物理学博士学位。1980年沃尔夫勒姆成为加州理工学院一员，与费曼（RichardFeynman）共事。1981年被授予麦克阿瑟“天才人物”奖（MacArthur"Genius"Fellowship），并成为该奖最年轻的获得者。之后他又到了爱因斯坦度过后半生的普林斯顿高级研究所（theInstituteforAdvancedStudy）工作，再后来又成为伊利诺斯大学（theUniversityofIllin

8、ois）的物理学、数学和计算机科学教授。1986年27岁的沃尔夫勒姆创立了以他的姓氏命名的沃尔夫勒姆研究公司（WolframResearch,Inc）后，离开了学术界，成为一位企业家。1988年6月23日他的公司发布了一种著名的数学软件――“数学”（Mathematica），该软件使得人们可以随心所欲地进行各种复杂的数学运算，解方程、求导数、求积分、求矩阵的逆、画三维图形等等不再是一件烦人的苦差事。加州大学圣迪亚哥分校通讯和信息技术研究所主任拉雷·斯马尔把该软件称作有史以来最重要的科学软件。沃尔