城市演化的實(shí)證與理論的研究

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1、寧夏人學(xué)壩l：學(xué)位論文第一章緒論1．1復(fù)雜性研究概述第一章緒論為了弄清楚物質(zhì)的構(gòu)成，科學(xué)家們在早期的研究中幾乎將所有的東西都拆解成分子、原子和夸克，認(rèn)為理解了這些就可以解釋整個(gè)宇宙，這種思想人們歸結(jié)為還原論思想。但是到了20世紀(jì)的下半葉，一些新問題的提出使得還原論的思想并不能讓人完全理解整個(gè)宇宙。世界是由簡單的粒子所構(gòu)成的，但是世界卻并不簡單。近年來，一些新出現(xiàn)的研究領(lǐng)域并不是對基本粒子的深入研究，而是在宏觀層次上去研究物質(zhì)世界的流通、變遷和發(fā)展等問題。例如對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能等復(fù)雜關(guān)系的探索研究。對這類問題的研究，科學(xué)家們稱之為

2、復(fù)雜性科學(xué)研究。復(fù)雜性研究是--i、]新興的科學(xué)，對?。畯?fù)雜性的概念目前還沒有完全統(tǒng)一的定論，因?yàn)樗w了科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。在歐洲復(fù)雜系統(tǒng)的興起主要有布魯塞爾學(xué)派的耗散結(jié)構(gòu)理論，哈肯學(xué)派的協(xié)同學(xué)理論以及艾根的超循環(huán)理論。美國對復(fù)雜性研究的的學(xué)派有交叉學(xué)派、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)派、混沌理論、白適應(yīng)系統(tǒng)理論和基于結(jié)構(gòu)的學(xué)派。在中國，研究復(fù)雜性的核心則是錢學(xué)森，他的“開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論”開創(chuàng)了復(fù)雜性研究在中國的先河。錢學(xué)森認(rèn)為：“凡是不能川還原論處理或不宜用還原論方法處理的問題，而要用或宜用新的科學(xué)方法處理的問題，都是復(fù)雜性問題’’【11。復(fù)

3、雜性科學(xué)的研究與傳統(tǒng)的科學(xué)研究火不相同，其研究的不是一門具體的科學(xué)，而是在許多的學(xué)科中都有涉及，是一門相互交叉的學(xué)科，在各個(gè)傳統(tǒng)的!學(xué)科如物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)、神經(jīng)科學(xué)等都有體現(xiàn)。之所以稱之為復(fù)雜性科學(xué)，是從其研究的方法論角度去考慮的，它不再使用以往還原論的思想，所用的研究方法也不是原來的還原分析方法，在不同的學(xué)科領(lǐng)域有不同的研究方法。近年來，以苗東升、吳彤等為代表的復(fù)雜性研究試圖從哲學(xué)的層面、不同的角度去探索，極大的促進(jìn)了復(fù)雜性研究的發(fā)展。對復(fù)雜性的研究主要是在對各種復(fù)雜系統(tǒng)的探索研究中體現(xiàn)山來的。雖然現(xiàn)在關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識各

4、有千秋，但是，復(fù)雜系統(tǒng)與周圍的環(huán)境相互依存，一股認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)都具有開放性、動(dòng)態(tài)性、非線性、非周期性、初值敏感性、結(jié)構(gòu)白相似性利整體性等特征。復(fù)雜系統(tǒng)一定是一個(gè)開放的系統(tǒng)。只有對外界開放，并且不斷的與外界進(jìn)行各種物質(zhì)、能量和信息的交換，該系統(tǒng)才有存在和發(fā)展的可能性。開放的系統(tǒng)能夠在通過與外界發(fā)生各種相互作用的過程中進(jìn)行白我反饋調(diào)二饑并且自身在自我演化過程中受到各種相應(yīng)條件的制約。任何一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)都是在不斷的隨著時(shí)間演化之后才能形成具有一定功能的組織或系統(tǒng)，才會具有區(qū)別于其他系統(tǒng)的特征。非線性是復(fù)雜性行為的最根本的成因?？梢哉f沒有非線

5、性就不會形成復(fù)雜性。復(fù)雜性是由簡單的基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的，但是復(fù)雜性并非這些簡單結(jié)構(gòu)單元的線性疊加，而是通過這些組成部分或結(jié)構(gòu)單元之間復(fù)雜的非線性相互關(guān)聯(lián)與相互制約而形成的。復(fù)雜系統(tǒng)一般都不具有周期性，系統(tǒng)的演化是無序的，沒有固定或者明顯的規(guī)律性可以遵循，并且，復(fù)雜系統(tǒng)對初值是非常敏感的。如果初始狀態(tài)一旦變化就會導(dǎo)致復(fù)雜系統(tǒng)的演化結(jié)果或者復(fù)雜系統(tǒng)的整體特征發(fā)生極大的變化。復(fù)雜系統(tǒng)的各個(gè)組成部分都具有一定的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)一般都具有自相似性。即復(fù)雜系統(tǒng)寧夏人學(xué)碩：仁學(xué)位論文第一章緒論的組成部分通過某種性質(zhì)與系統(tǒng)整體相互關(guān)聯(lián)：，白相似性

6、不論是在空問結(jié)構(gòu)上還是在時(shí)問序列上都有體現(xiàn)。另外，對于一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其行為不能從單個(gè)的子系統(tǒng)行為中得山結(jié)論，而應(yīng)該從系統(tǒng)整體去考慮。復(fù)雜系統(tǒng)本身所體現(xiàn)出來的特征往往是子系統(tǒng)之問競爭或者是合作的結(jié)果，所以我們要研究復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜性就必須考慮其整體特征。復(fù)雜性科學(xué)的興起與傳統(tǒng)的科學(xué)相輔相成對人類更進(jìn)一步的了解整個(gè)世界意義重人。除以上特征之外，還有一些其他的特點(diǎn)如多樣性、：多層次性等。復(fù)雜性是世界的本質(zhì)屬性，對不同的領(lǐng)域如物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、神經(jīng)科學(xué)等具有不同的意義，在各個(gè)學(xué)科中即具有自己獨(dú)特的意義又同時(shí)存在相互聯(lián)

7、系?？傊瑥?fù)雜性科學(xué)的研究為人類認(rèn)識世界開辟了新篇章。1．2復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究概述1．2．1復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的進(jìn)展及現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它的山現(xiàn)改變了我們的生活，讓我們感到無比的驚訝。而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)則是對白然界中存在的人量復(fù)雜系統(tǒng)最為一般的抽象和描述方式，對它的研究不得不讓我們感受到了大自然的神奇。系統(tǒng)都是由各個(gè)小單元所構(gòu)成的，如果把這些小單元抽象成節(jié)點(diǎn)，將單元與單元之間的相互關(guān)系利作用抽象為：1y點(diǎn)之間的連線或邊，則任何復(fù)雜系統(tǒng)都可以當(dāng)作是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)來研究。對某個(gè)：仃點(diǎn)而言，跟該：1，點(diǎn)的相互作用的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)就叫做該點(diǎn)的度，如果

8、相互作用的：肖點(diǎn)數(shù)越多，則該：1了點(diǎn)的度越火，那么從某種意義上米說，這個(gè)點(diǎn)就更“重要，，【21。對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究越來越多，所涉及到的面也越來越廣。例如，神經(jīng)系統(tǒng)可以看作是大量神經(jīng)細(xì)胞通過神經(jīng)纖維相互連接形成的網(wǎng)絡(luò)?！埃挥?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以看作是自主工作的