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《复杂性科学理论与区域空间演化模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第21卷第1期地理研究Vol.21,No.12002年1月GEOGRAPHICALRESEARCHJan.,2002文章编号:100020585(2002)0120079210复杂性科学理论与区域空间演化模拟研究薛领,杨开忠(北京大学城市与环境学系,北京100871)摘要:针对传统上两类模拟区域空间演化的模型策略,着重讨论了它们的建模思想和手段,在此基础上介绍了复杂性(Complexity)研究的重要成果———复杂适应系统(CAS)理论的基本概念以及CAS模型的思想,探讨了区域作为复杂适应系统的一般特征,并且通过一个城市空间演化的概念模型阐述了CAS模型的技术问题及其建模的独到之处。关键词:
2、区域;CAS;主体;模型;模拟中图分类号:N94114文献标识码:A1前言20世纪80年代以来,区域科学的研究正由静态的、均衡的范式逐渐向一种动态演化的范式转变,开始应用复杂性科学(SciencesofComplexity)的理论和方法来研究和分析区域问题及其时空演化的内在规律,内容涉及城市和区域系统内不同层次上的结构和功能以及在相应空间上的动态格局。开放系统、自组织、混沌和演化理论等一些新的模拟模型,诸如空间系统的非线性微分方程、细胞自动机、分形、人工神经网络、多主体模型等等逐渐被城市和区域研究者认识和应用,并且日益成为当代跨学科研究的热点和前沿。采用模拟模型的方法研究城市和区域发展及其空
3、间结构的演化具有悠久的历史。这一传统可以追溯到HÝgerstrand对空间扩散过程的研究。70年代产生了大量的空间模型,其中的绝大多数本质上属于经验类的拟合。80年代以来,这方面的理论和建模有了长足的发展。例如,Allen和Sanglier模拟了城市等级体系作为自组织系统的进化过程,取得了很大的突破。Batty根从据有限扩散集聚(DLA)过程模拟城市生态和城市扩张。Krug2man等人在积极倡导“新经济地理学”的同时也强调利用新的模型策略和计算机模拟研究空间问题的重要性。本文不准备穷尽地勾勒复杂科学理论和方法在城市与区域研究中所取得的丰硕的富有创新的成果以及未来的发展趋势,希望将目光集中在这
4、些新理论和方法的本身,探究各类模拟模型在城市和区域空间演化研究中的应用前景以及可能的途径,着重讨论它们建模的思想和手段,并在此基础上介绍作为复杂性科学研究的重要组成部分———复杂适应系统收稿日期:2001209228;修订日期:2001211222基金项目:国家自然科学基金资助项目区域复杂空间格局演化规律的研究(49971027)作者简介:薛领(19692),男,辽宁省兴城人,博士研究生。主要研究方向为区域经济及空间复杂性。80地理研究21卷(ComplexAdaptiveSystem,CAS)理论,并且进一步阐述CAS模型的技术问题和建模思路的独到之处。2区域空间演化模拟研究中的两种策略2
5、11“自上而下”的模型策略非线性和开放动态系统的研究成果为更好地理解城市和区域发展及其空间结构提供了[1]一个变通的方法。非线性微分方程(组)在许多方面体现了城市和区域系统的空间动[2]力学特性,同时大多数这样的模型最初基本上源于类比物理学、化学中的自组织现[3]象,从而形成所谓社会(经济)物理学模型。60年代,Lowry模型具有跨时代的意义,后来的许多模型基本上都是该模型的动态扩展。以Wilson和Allen等人为代表的城市空间动力学模型进一步将城市和区域理论的许多研究成果,诸如集聚经济理论、市场供求理[1,4]论、人口增长理论、空间相互作用理论等等整合到统一的空间动力学框架中。这类模型能
6、够表现城市之中各个经济主体(依赖于不同的参数和初始条件)的互作是如何自发地产生出城市和区域空间结构的多样性,也有力地展示了由于非线性相互作用导致的城市和区域空间结构的突现(emergence)特性。Allen等人的贡献在于清晰地建立了某些参数的[5～7]临界值与城市空间结构之间的关系。80年代以后进一步产生了一些更为复杂的模型,这些模型关注城市增长的供给和需求,甚至模拟不同的收入阶层不同的社会经济行为。近年来,针对空间集聚和城市演化而构建的空间自组织模型,注重考察决定集聚和扩散力量的相互作用,所构建的模型基本上也属于上述类型,而且更加关注宏观经济的微观机[8,9]制。总之,非线性微分方程模型
7、简洁、直观,可以清晰表现确定性方程的内在随机性,在一定程度上能够重复检验各种设定的条件。但是这样的模型自身也存在一些局限:它们将空间距离视为各向同性,忽略了地理差异,在表现空间相互作用的多样性和协作方面勉为其难,而且很难同时考虑两个或两个以上的城市和区域的空间尺度问题,也不大可能利用[10]定性的知识,特别是表征在不断演化中产生的新的区域和城市的功能方面无能为力,[11]也就是说,新突现的空间结构和内在属性和
