非线性论文

第1页共12页南昌航空大学经济管理学院2015—2016学年第一学期课程论文课程名称非线性科学与复杂性科学专业名称信息管理与信息系统班级学号13093130学生姓名付欢任课教师李太杰论文成绩2015年11月第2页共12页论城市地理空间系统的复杂性摘要：城市一直是人文地理学、经济学、社会学研究的核心领域之一。今天城市正在替代农村成为人类主要的聚居形式，并且其外部环境、内部组成、结构、功能和发展演化正变得越来越复杂。如何在城市化发展的长河中,真正认识到人类与城市的关系,如何在最大程度上满足自身需要又符合自然规律,是我们研究城市地理空间系统发展演变规律的重要目的。随着科技的发展，人们对城市系统的复杂性认识和研究也在不断深入。以往经济学、社会学、生态学等学科对城市系统的研究，多采用分解与还原的思想研究其局部、片面的特征，但城市系统的整体性决定了其规律仅仅用还原论的方法是不能被完全揭示的。复杂性科学对城市系统的研究方兴未艾，但由于其自身理论与方法尚不成熟，目前它对城市系统的研究比较零散、片面、不够成熟。为此，本文提出了城市地理空间系统这一概念，力图立足现代地理学的研究范式，从系统的、综合的视角，运用城市地理学、城市经济学、城市规划学、系统科学、复杂性科学等学科的理论与方法，对城市地理空间系统的复杂性做探索性研究。关键词：地理空间城市系统复杂性StudyontheComplexityofUrbanGeographicalSpatialSystemAbstract:Cityalwaysisoneofthecoreresearchrealmsofthehumangeography,economics,andsociology.Today,citiesarereplacingvillagestobecomethemainhabitationofmankind,andtheirexteriorenvironments,innerconstitutions,structures,functionsandevolutionsjustbecomemoreandmorecomplex.Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnology,thepeople'sunderstandingandresearchoftheurbansystemcomplexityalsodeepencontinually.Mostoftheago第3页共12页researchesofurbansystemsineconomics,sociology,ecologyetc.,usedtoadoptthereductivemethods,andfocusonpartial,localcharacteristicstudyofurbansystem.Owingitswholeness,thelawsofurbansystemcan'tberevealedcompletelybythereductiveresearchesonly.Howeverneglectsitsprocessresearchatthesametime.Theresearchesofurbansystemincomplexityscienceareintheascendant,buttheirfruitaresporadic,partialandlessadvancementbecauseoftheimmaturetheoriesandmethodsofcomplexityscience.Howtoadvancetheabovementionedresearches?Therefor,thispaperputsforwardanewconcept——urbangeographicalspatialsystemfirst,andtriestoresearchtheurbansystemcomplexityinsystemicandsyntheticviewbasedonthecontemporarygeographyparadigmbyintegratedusingofthetheoriesandmethodsofurbangeography,urbaneconomics,urbanplanning,systemscience,complexityscienceetc.第4页共12页目录一、国内外城市空间的复杂性研究综述---------------------------------------------------5二、城市地理空间系统概述------------------------------------------------------------------5（一）城市地理空间系统的概念-------------------------------------------------------51、城市系统----------------------------------------------------------------------------52、城市地理空间系统---------------------------------------------------------------5（二）城市地理空间系统的子系统----------------------------------------------------61、城市自然生态环境子系统------------------------------------------------------62、城市经济子系统------------------------------------------------------------------73、城市社会要素与系统------------------------------------------------------------74、城市空间要素与系统------------------------------------------------------------7（三）城市地理空间系统的复杂性特征----------------------------------------------81、多层性与分形性------------------------------------------------------------------82、开放性与非平衡性---------------------------------------------------------------83、非线性-------------------------------------------------------------------------------9三、城市地理空间系统非线性机制的复杂性--------------------------------------------9（一）非线性机制概述-------------------------------------------------------------------9（二）城市地理空间系统与环境的非线性相互作用-------------------------------9四、城市地理空间系统的结构和功能复杂性-------------------------------------------10（一）城市地理空间系统的结构复杂性--------------------------------------------101、城市人口分布结构的复杂性-------------------------------------------------102、城市交通网络系统的复杂性-------------------------------------------------10（二）城市地理空间系统功能的复杂性--------------------------------------------11五、结束语--------------------------------------------------------------------------------------11参考文献：--------------------------------------------------------------------------------------12第5页共12页一、国内外城市空间的复杂性研究综述城市系统的复杂性研究是研究城市系统在不同层次上的复杂组成，认识系统内部及系统本身与环境的相互影响、相互作用的机制，探究微观机制产生的宏观秩序（结构、功能、行为、演化等）和宏观秩序对微观要素的控制与协同，研究城市系统演化的动力、规律、过程和模式，为城市规划提供新的思维理念和方法。有条件研究城市系统复杂性的历史并不久远，20世纪60年代以来由非线性系统动力学、耗散结构论、协同学、混沌理论、分形理论、以及最新发展的人工生命和复杂适应系统理论（CAS）等现代科学发展的最前沿理论融合汇流而成的复杂性科学为城市等复杂系统的研究提供有力的工具。经过几十年的发展，城市系统的复杂性研究已经取得了诸多进展，并已形成了许多细分的研究领域。二、城市地理空间系统概述（一）城市地理空间系统的概念1、城市系统城市是在地理空间中的一组充填式布局，是被赋予等级概念的、功能互补的、具有整体效益最大化的一组集合，形成了一个结构和谐的、流通顺畅的、交互有序的、整体高效的系统。城市是开放的复杂巨系统，是一个以人为主体，以自然环境为依托，以经济活动为基础，社会联系极为紧密的有机整体，具有耗散性、动态性、自组织性、非线性、非平衡性等复杂性特征。2、城市地理空间系统在一定历史时期，在一定空间的尺度上，在特定地理边界约束下，一组空间上展布、具有地域与动态特征、结构有序和功能互补的要素相互作用而形成的一个集合体，实际上就一个地理系统。在不同的尺度下有不同规模的地理系统，如城市地理系统、区域地理系统、全球地理系统等。城市地理空间系统，是由自然第6页共12页子系统、社会子系统、经济子系统和空间子系统耦合而成的，以自然子系统为基础，以经济子系统为主导，以社会子系统为目标，以空间系统为载体的“自然-社会-经济-空间”复合系统，包括空间结构、空间形态和空间相互作用及演化。（二）城市地理空间系统的子系统城市地理空间系统是相互作用的城市诸要（元）素和子系统所构成的有机体。复杂城市系统包含的要素种类繁多、数量巨大，且涉及多个领域，具有不同的时空尺度，超越了直观性和个体的可遍历性。应当区分要素和子系统。要素是系统的组成部分，其本质特征是具有基元性，相对于给定的系统它是不能也无需再细分的最小组成部分，要素不具有系统性，不讨论其结构问题。而子系统具有可分性、系统性，需要且能够讨论结构问题。城市地理空间系统的要素多种多样，如自然环境要素、空间实体要素、经济要素、社会要素、人口要素。就本文而言，把自然环境要素界定在影响经济、社会和空间要素流动与集聚的层次上，如水体、森地、生态环境敏感区和自然保护区等，但不研究这类地理事物内部的结构和关系等内容，如水循环、碳循环等；把经济要素界定为不同的产业，而不研究产业内部的要素、组织和结构问题；社会要素界定为各类社会活动主体（组织），如个人、家庭、企业、政府以及非政府组织等，而不研究组织内部的关系与结构；把空间实体要素界定为不同的土地利用类型，而不研究某一土地利用类型内部的建筑或景观结构。各种要素由于相互作用的强弱不同，形成一些相对而言比较独立的子系统，如自然生态环境子系统、经济子系统、社会子系统、空间子系统等。1、城市自然生态环境子系统与普通的自然生态环境系统不同，城市系统是以人工为主导的生态环境系统。它具有生态系统的一般特征，它包括动物、植物、微生物和人类等生物有机体以及