城市异速生长特性及演化模型研究

摘要

城市是集政治、经济、文化为一体的中心，对社会经济发展至关重要，而经济的快速发展必然意味着城市的迅速扩张和城市化比例的快速上升，随之而来的是城市人口规模快速膨胀，进而引发了一系列城市病问题，如城市贫穷、空气污染、交通拥堵等。为了解决这些城市病问题，准确把握城市人口增长动态以及城市经济增长状况至关重要。
　　人口是城市系统的基本组成单元，经济是城市系统发展状况的关键衡量指标，人口与社会经济指标之间的异速生长现象备受城市系统领域研究者以及经济学领域研究者的关注。城市自身作为一个复杂巨系统，具有自相似性，借助复杂网络理论抽象城市系统结构，交叉结合人口增长理论、经济理论模型以及复杂网络理论，为深刻理解城市系统自身及其内部人口与经济元素之间的相互作用提供理论基础，进而为城市经济的宏观调控以及未来城市发展规划提供指导意义。
　　为研究城市系统中的异速生长现象，本文借助计算机软件技术进行仿真研究，验证了城市系统中人口与GDP（Gross Domestic Product，国内生产总值）之间的异速生长现象及其时空普遍性，结合人口增长理论、经济学模型及复杂网络理论建立基于总值的吸引力模型，同时建立了基于密度值的超线性指数可控模型，试图重现城市系统中的异速生长现象，并通过对比分析计算机仿真结果与实证研究结果验证了模型的可行性与可靠性。具体工作为:
　　(1)利用日本统计年鉴数据，通过对日本1992至2012年人口与GDP之间的关系进行分析，验证了城市系统中人口总值与GDP总值之间的异速生长关系。本文改进Agent模型的资源流动机制，同时结合人口增长阻滞模型以及生产函数概念进行进一步扩展，从而建立了基于总值的吸引力模型，并通过仿真计算证明吸引力模型能够解释人口总值与GDP总值之间的异速生长现象。
　　(2)通过对比分析基于总值的和基于密度值的人口与GDP之间的异速生长现象，证明了相对于总值来说，密度值是更好的度量城市系统异速生长现象的度量指标。为了分析城市系统异速生长现象的时空普遍性，首先借助中国1994至2013年统计年鉴数据，证明了时间普遍性;然后定义了六个不同的地域尺度层次，利用世界各国各地区统计年鉴数据，从同一地域尺度层次不同地区和不同地域尺度层次两个角度分析城市系统中基于密度值的人口与GDP之间相对生长关系，从而证明了异速生长关系的空间普遍性。
　　(3)对现有基于密度值的模型进行研究，发现现有模型无法解释城市系统异速生长现象的时空普遍性，因此本文建立了一个基于密度值的超线性异速生长指数可控网络模型，重现了异速生长现象的时空普遍性。此外，通过计算机进行仿真模拟，对比仿真结果与实证研究结果，证明了基于密度值的超线性指数可控模型的有效性、可行性以及可控性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文框架与技术路线

1．3．1 论文框架

1．3．2 技术路线

2 基本理论介绍

2．1 复杂网络基本理论

2．1．1 度与度分布

2．1．2 无标度网络

2．2 生产函数

2．3 帕累托(Pareto)分布

2．4 人口增长理论模型

2．4．1 Malthus人口指数增长模型

2．4．2 人口增长阻滞模型(Logistic增长模型)

2．5 异速生长标度律

2．6 本章小结

3 基于总值的吸引力模型

3．1 实证分析

3．2 Agent模型介绍

3．2．1 Agent模型简介

3．2．2 Agent模型仿真结果

3．3 基于总值的吸引力模型介绍

3．3．1 模型详细介绍

3．3．2 模型仿真结果

3．3．3 模型结论

3．4 本章小结

4 异速生长现象时空普遍性分析

4．1 总值度量与密度值度量

4．2 空间普遍性分析

4．2．1 同一地域尺度层次

4．2．2 不同地域尺度层次

4．3 时间普遍性分析

4．4 本章小结

5 基于密度值的超线性指数可控网络模型介绍

5．1 社会联系密度模型

5．2 基于密度值的超线性指数可控网络模型

5．2．1 超线性指数可控网络模型详细介绍

5．2．2 超线性指数可控网络模型仿真结果

5．2．3 模型结论

5．3 结论

6 结论与展望

6．1 主要研究结论

6．2 主要创新点

6．3 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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