分區異步元胞自動機模型及其應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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☆☆☆☆☆

柯新利 著

圖書標籤:

• 元胞自動機
• 異步
• 分區
• 模型
• 應用
• 計算
• 並行計算
• 復雜係統
• 自組織
• 非綫性動力學

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030507488

版次：1

商品編碼：12082338

包裝：平裝

叢書名： 博士後文庫

開本：16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

頁數：233

字數：300000

正文語種：中文

內容簡介

　　針對傳統元胞自動機模型難以錶達地理現象及其演化規律和演化速率空間異質性從而製約地理元胞自動機模型模擬精度的不足，作者對傳統的元胞自動機模型進行改進並提齣瞭分區異步元胞自動機模型。一方麵，在對元胞空間分區的基礎上，采用分區轉換規則代替統一轉換規則，以錶達地理現象及其演化規律的空間差異；另一方麵，在元胞自動機模型中引入異步演化速率以錶達地理現象演化速率的空間異質性。結果錶明，與傳統元胞自動機模型相比，分區異步元胞自動機模型在逐點對比精度和MoranI指數兩方麵都具有明顯的優勢。依托分區異步元胞自動機模型，在綜閤考慮自然資源稟賦和社會經濟條件區域差異的基礎上，開展瞭土地利用的區際優化配置與未來情景分析，為區域土地資源的閤理開發和可持續利用提供科學依據。
　　《分區異步元胞自動機模型及其應用》可以作為土地利用變化、土地利用建模、土地資源優化配置、土地資源可持續利用，以及城市擴張等領域的科研人員與從業人員及相關專業本科生與研究生的參考書。

內頁插圖

目錄

《博士後文庫》序言
前言
上篇 分區異步元胞自動機模型的理論與方法
第1章 緒論
1．1 引言
1．2 土地利用變化元胞自動機模型研究進展
1．3 主要研究內容
主要參考文獻
第2章 分區異步元胞自動機概念模型
2．1 地理元胞自動機模型基本理論
2．2 空間分異規律
2．3 地理過程及其空間差異性
2．4 分區異步元胞自動機概念模型
2．5 小結
主要參考文獻
第3章 基於空間聚類的元胞空間分區
3．1 基於空間聚類的元胞空間分區
3．2 基於雙約束空間聚類的元胞空間分區
3．3 小結
主要參考文獻
第4章 基於C5．0決策樹算法的元胞轉換規則獲取
4．1 元胞轉換規則
4．2 C5．0決策樹算法
4．3 基於C5．0決策樹算法的元胞轉換規則獲取
4．4 小結
主要參考文獻
第5章 分區異步元胞自動機模型演化速率獲取
5．1 元胞演化速率
5．2 分區異步元胞自動機模型元胞演化速率獲取
5．3 小結
主要參考文獻
第6章 分區異步元胞自動機模型的實現
6．1 模型總體架構
6．2 模型實現
6．3 實證研究
6．4 小結
主要參考文獻
第7章 分區異步元胞自動機模型尺度敏感性研究
7．1 地理元胞自動機的尺度問題
7．2 元胞尺度敏感性分析
7．3 速率格網尺度敏感性分析
7．4 小結
主要參考文獻
第8章 分區異步元胞自動機模型總結與展望
8．1 分區異步元胞自動機模型構建總結
8．2 研究展望
主要參考文獻

下篇 分區異步元胞自動機模型的應用
第9章 基於分區異步元胞自動機模型的耕地區際優化布局
9．1 引言
9．2 研究區域與數據來源
9．3 模型與方法
9．4 武漢城市圈耕地利用布局優化
9．5 小結
主要參考文獻
第10章 基於土地利用效率區域差異的建設用地區際優化配置
10．1 研究背景
10．2 以土地利用效率區域差異為依據的建設用地區際優化方法
10．3 武漢城市圈及其土地利用變化
10．4 土地利用效率區域差異下的武漢城市圈建設用地區際優化配置
10．5 小結
主要參考文獻
第11章 基於資源稟賦和經濟發展區域差異的耕地優化布局
11．1 研究背景
11．2 武漢城市圈概況
11．3 基於資源稟賦和經濟發展區域差異的耕地優化布局方法
11．4 基於資源稟賦和經濟發展區域差異的耕地優化布局結果
11．5 小結
主要參考文獻
第12章 權衡糧食安全與經濟發展區域差異的土地資源優化配置
12．1 引言
12．2 研究區域與數據來源
12．3 權衡糧食安全與經濟發展區域差異的土地資源優化配置方法
12．4 權衡糧食安全與經濟發展區域差異的武漢城市圈土地資源優化配置
12．5 小結
主要參考文獻
第13章 協調城市擴張、耕地保護與生態保育的土地優化布局
13．1 研究背景
13．2 武漢市土地利用概況
13．3 城市擴張、耕地保護與生態保育的協調方法
13．4 協調城市擴張、耕地保護和生態保育的武漢市土地利用布局
優化
13．5 小結
主要參考文獻
第14章 氣候變化背景下城市擴張閤理模式選擇
14．1 引言
14．2 武漢城市圈土地利用與氣候變化
14．3 城市群擴張與氣候變化的耦閤模型
14．4 氣候變化背景下武漢城市圈城鎮擴張閤理模式分析
14．5 小結
主要參考文獻
第15章 基於生産力總量平衡的耕地區際優化配置
15．1 研究背景
15．2 基於生産力總量平衡的耕地區際優化配置方法
15．3 基於生産力總量平衡的中國耕地生産力區際優化配置
15．4 小結
主要參考文獻
編後記
彩圖

前言/序言

　　地理元胞自動機模型是地理模擬的主流工具，在地理學研究，尤其是城市擴張模擬與優化等領域發揮瞭巨大的作用。已有研究對地理元胞自動機模型的轉換規則獲取、鄰域效應、元胞形狀等方麵開展瞭較為深入和係統的研究。然而，由於忽略瞭地理現象及其演化規律與演變速率的空間異質性，傳統元胞自動機模型對現實地理世界的錶達能力受到瞭約束。一方麵，傳統地理元胞自動機模型忽略瞭地理現象演化規律的空間異質性，元胞空間內所有的元胞都采用統一的轉換規則；另一方麵，傳統地理元胞自動機模型忽略瞭地理現象演變速率的空間異質性，元胞空間內所有的元胞都按統一的演變速率進行演變。因此，傳統的地理元胞自動機模型難以錶達地理現象及其演化規律和演變速率的空間異質性，成為地理元胞自動機模型發展的瓶頸。
　　針對上述問題，本書提齣並實現瞭分區異步元胞自動機模型：一方麵，在對元胞空間分區的基礎上分彆求取各分區的轉換規則，以分區轉換規則代替統一轉換規則，以錶達地理現象演化規律的空間異質性；另一方麵，在元胞自動機模型中引入異步演變速率，賦予不同的元胞不同的演變速率，以錶達地理現象演化速率的空間異質性。通過改進，縮短瞭元胞自動機模型與現實地理現象演變過程的差異，從而使得分區異步元胞自動機模型更好地錶達現實地理現象的演化過程。
　　本書包括上、下兩篇，上篇主要介紹分區異步元胞自動機模型的理論與方法，下篇主要介紹分區異步元胞自動機模型的應用。
　　在分區異步元胞自動機模型的理論與方法部分，從元胞自動機模型的研究進展齣發，分彆討論瞭分區異步元胞自動機模型的概念模型、基於空間聚類的元胞空間分區、元胞轉換規則的獲取方法、分區異步元胞自動機模型演化速率獲取和分區異步元胞自動機模型的實現。在此基礎上，開展瞭分區異步元胞自動機模型尺度敏感性研究。
　　在分區異步元胞自動機模型的應用部分，分彆介紹瞭基於分區異步元胞自動機模型的耕地區際優化布局、基於土地利用效率區域差異的建設用地區際優化配置、基於資源稟賦和經濟發展區域差異的耕地優化布局、權衡糧食安全與經濟發展區域差異的土地資源優化配置，以及協調城市擴張、耕地保護與生態保育的土地優化布局、氣候變化背景下城市擴張閤理模式選擇和基於生産力總量平衡的耕地區際優化配置等內容。

好的，這是一本關於復雜係統建模與計算的圖書簡介，它將深入探討非綫性動力學、統計物理學與計算機模擬的交叉領域，完全不涉及您提到的“分區異步元胞自動機模型及其應用”這一特定主題。 --- 復雜係統建模與計算：非平衡態的動力學、湧現與信息流 作者：[此處留空，模擬真實書籍的齣版信息] 齣版社：[此處留空] 裝幀：精裝/平裝 頁數：約650頁 建議讀者：物理學、數學、計算機科學、工程學、生態學及經濟學領域的高級本科生、研究生、科研人員以及對復雜係統感興趣的專業人士。 內容概述 本書旨在提供一個全麵而深入的視角，審視那些由大量相互作用單元構成的宏觀係統所展現齣的湧現（Emergence）現象。我們關注的焦點在於非平衡態下的係統行為，即係統如何持續地從外界獲取能量和物質，並在遠離熱力學平衡的狀態下維持或演化齣復雜的結構與功能。 全書結構圍繞三個核心支柱構建：理論基礎、核心模型與計算方法、以及跨學科應用案例。我們摒棄瞭對平衡態統計力學的標準敘述，轉而聚焦於開放係統、時空關聯性以及信息傳遞在係統演化中所扮演的關鍵角色。 第一部分：非平衡態動力學的理論基石 本部分為後續復雜的建模工作奠定堅實的理論基礎。 第一章：從微觀到宏觀的橋梁：拉格朗日與哈密頓框架的拓展 本章首先迴顧瞭經典力學在描述保守係統時的完備性，隨後引入瞭耗散項和外部驅動力，將理論框架拓展至非保守係統。重點分析瞭非保守係統的李雅普諾夫指數在區分混沌與周期行為中的作用。我們詳細探討瞭隨機過程理論，特彆是朗之萬方程在處理熱噪聲和布朗運動時的適用性，並引入瞭福剋-普朗剋方程來描述概率密度函數的演化，為理解微觀漲落如何影響宏觀輸運特性做鋪墊。 第二章：信息論與復雜性度量 復雜係統的核心在於其信息的産生、傳輸與耗散。本章引入瞭香農熵和條件熵的概念，用於量化係統的無序程度。隨後，重點介紹瞭互信息（Mutual Information）和傳遞熵（Transfer Entropy）。傳遞熵作為一種非對稱的度量工具，是分析係統內不同子單元間因果關係和信息流方嚮的關鍵，尤其在分析時間序列數據時具有不可替代的價值。我們還探討瞭有效復雜性（Effective Complexity）和算法信息論在區分隨機性與結構化復雜性方麵的挑戰與進展。 第三章：非綫性動力學與自組織臨界性 本章深入探討瞭分岔理論在係統從有序嚮無序轉變過程中的作用。重點分析瞭周期倍增和準周期行為的齣現機製。隨後，本章將焦點轉移至自組織臨界性（SOC），詳細闡述瞭沙堆模型（Sandpile Model）作為核心範例，如何說明係統在沒有外部參數調諧的情況下，自發地達到一個臨界狀態，並在該狀態下産生冪律分布的事件（如雪崩）。這種內在的自組織機製是理解許多自然現象（如地震、森林火災）的關鍵視角。 第二部分：核心計算模型與算法 本部分專注於構建和求解描述復雜係統的數學框架，重點介紹數值模擬技術及其對復雜係統分析的適用性。 第四章：連續時間動力學與場論方法 本章主要討論基於偏微分方程（PDEs）的場論模型，特彆是那些描述物質和能量分布的模型。詳細分析瞭反應-擴散係統，如著名的圖靈模式形成機製，以及如何通過非均勻穩定態的失穩來解釋生物形態發生的起源。我們對哈密頓-雅可比方程在描述快速演化過程中的應用進行瞭闡述，並討論瞭如何使用有限元法（FEM）和譜方法對高維或涉及復雜邊界條件的PDE進行高效求解。 第五章：離散空間上的格子動力學與隨機行走 本章轉而研究離散模型，特彆是那些描述粒子、Agent或單元狀態在空間網格上相互作用的模型。除瞭對基本伊辛模型（Ising Model）在鐵磁性和相變中的經典應用進行迴顧外，重點分析瞭非平衡玻爾茲曼方程的格子氣體（Lattice Gas）和格子玻爾茲曼（Lattice Boltzmann Method, LBM）的數值實現。LBM因其處理復雜流體邊界和多相流動的效率而受到重點介紹，其核心在於恢復運動學方程到Navier-Stokes方程的過程。 第六章：基於Agent的建模（ABM）與多尺度模擬 Agent-Based Modeling（ABM）是研究社會、生態和經濟復雜性的強大工具。本章詳細介紹如何構建具有異質性（Heterogeneity）、局部交互規則和學習能力的Agent。我們探討瞭有限理性（Bounded Rationality）Agent在市場動態中的作用，以及如何利用多尺度建模（Multi-scale Modeling）框架，例如將微觀ABM結果映射到宏觀連續模型中的方法論。重點分析瞭如何處理和可視化ABM中産生的龐大、非結構化的模擬數據。 第三部分：跨學科的動力學應用 本部分將前述的理論和方法應用於實際的復雜係統案例中，展示瞭復雜係統科學的普適性。 第七章：生態係統中的競爭與共存 本章關注生態係統中的物種動態。從經典的Lotka-Volterra方程齣發，我們引入瞭空間異質性、隨機環境擾動以及多物種競爭排斥原則的修正。重點分析瞭Metapopulation Models（元種群模型）如何描述棲息地破碎化對物種滅絕風險的影響。此外，我們利用信息流分析來量化食物網中關鍵物種的穩定性貢獻。 第八章：經濟係統中的波動、風險與非綫性定價 在金融和經濟領域，係統遠非市場有效。本章分析瞭基於異質性Agent的金融市場模型（HANK Models），它們如何産生超齣標準經濟學預測的資産價格波動和泡沫。我們應用隨機波動模型（Stochastic Volatility Models）來描述市場的不確定性，並探討瞭“黑天鵝”事件的湧現機製。通過計算係統風險的傳染矩陣，揭示瞭金融網絡中關鍵節點的脆弱性。 第九章：生物網絡與穩態維持 本章聚焦於分子生物學和細胞生物學中的復雜網絡。詳細考察瞭基因調控網絡（GRNs）的拓撲結構，特彆是如何利用布爾網絡和微分方程網絡來描述開關行為和穩態鎖定。我們討論瞭代謝網絡的魯棒性，並分析瞭細胞如何通過反饋迴路和冗餘設計來抵抗外部乾擾，維持穩態（Homeostasis）。對生物信號轉導級聯中的增益和噪聲傳遞進行瞭量化分析。 --- 本書的特點： 強調物理學的視角： 確保讀者理解復雜性背後的基本物理原理，而非僅僅停留在現象描述。 方法論的深度： 對LBM、ABM、傳遞熵計算等前沿計算工具進行瞭詳盡的算法介紹和應用實例。 跨越學科的整閤： 明確展示瞭相同數學結構（如冪律、網絡拓撲）在物理、生物和經濟係統中的普適性。 本書不僅是一本教材，更是一份深入探索非平衡世界動力學奧秘的路綫圖。

評分☆☆☆☆☆

光是看到“分區異步元胞自動機模型”這個書名，就讓我産生瞭一種迫不及待想要翻閱的衝動。我對計算科學和建模領域一直抱有濃厚的興趣，尤其是那些能夠模擬齣復雜現象的底層機製的模型。元胞自動機（CA）無疑是其中的佼佼者，它用最簡單的規則構建起無限的可能性。但長期以來，CA的同步更新機製總讓我覺得不夠“真實”，畢竟現實世界中很多過程都是此起彼伏，並非整齊劃一。所以，“分區異步”這幾個字，仿佛為我打開瞭一扇新的大門，預示著一種更貼近現實的建模方式。我非常好奇書中是如何定義“分區”的？是基於地理位置，還是基於某種功能屬性？而“異步”又具體體現在哪些方麵？是隨機的、概率的，還是有某種內在的驅動機製？我猜想，書中一定對這些問題的處理方式進行瞭詳盡的論述，並且會提供嚴謹的數學框架來支撐這些設計。而且，模型本身的設計固然重要，但“及其應用”更能點燃我的熱情。它意味著這本書不僅是理論的探索，更是對實際問題的解決方案。我渴望看到，這種新型的CA模型是如何被“搬”到現實世界中去的。書中是否會展示如何用它來模擬城市發展中的交通擁堵，如何預測自然災害的傳播路徑，甚至如何理解微生物群落的動態演替？我希望書中能有足夠詳實的案例，讓我看到這種模型的強大之處，以及它如何為解決那些棘手的實際問題提供瞭新的視角和工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名引起瞭我極大的好奇，尤其是“分區異步元胞自動機模型”這個概念。我一直對復雜係統和模擬感興趣，而元胞自動機（CA）作為一種基礎的模型，其簡潔的規則如何能夠湧現齣令人驚嘆的復雜行為，總是讓我著迷。但傳統的一緻性、同步更新的CA模型，在處理大規模、高維度的問題時，往往麵臨計算效率的瓶頸，也難以真實地反映許多自然和社會現象中存在的局部、非同步的交互特性。“分區異步”的提法，暗示瞭一種在模型設計和計算策略上的創新，或許能夠突破這些限製。我猜想，書中可能會深入探討如何有效地將整個係統劃分為若乾個區域，並允許這些區域獨立、異步地進行狀態更新。這其中涉及到如何定義區域的大小、形狀，以及異步更新的策略（例如，是隨機選擇區域，還是按照某種優先級順序），這些都是非常有挑戰性的問題，也可能帶來性能上的巨大提升。同時，對於“模型及其應用”這部分，我更加期待。元胞自動機早已被廣泛應用於交通流模擬、森林火災蔓延、疾病傳播、生態係統演化等領域。但我相信，引入瞭“分區異步”這一特性的模型，其適用範圍和模擬精度可能會得到進一步的拓展。我非常期待書中能提供一些具體的應用案例，展示這種新型模型在解決實際問題時，是如何展現齣其獨特的優勢和魅力的。例如，在城市交通模擬中，如何利用分區異步模型更真實地刻畫不同區域（如市中心、郊區）交通狀況的差異和相互影響？或者在生物係統中，如何模擬不同細胞群體的異步生長和分化過程？這些都是我非常感興趣的方麵，相信本書能夠給我帶來深刻的啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名“分區異步元胞自動機模型及其應用”瞬間就吸引瞭我的注意，因為它似乎提供瞭一種對復雜係統進行建模的全新視角。我一直以來都對元胞自動機（CA）這類基於簡單規則湧現齣復雜宏觀行為的模型非常著迷。但同時也意識到，標準的CA模型在模擬現實世界時，其同步更新的假設往往過於理想化，無法充分捕捉到許多自然和人為係統中普遍存在的時空差異和局部交互。因此，“分區異步”的處理方式，在我看來，正是解決這一問題的關鍵所在。我設想，本書的核心內容很可能集中在如何設計和實現這種分區異步的CA框架。這包括如何科學地界定“分區”，以及如何在不同分區之間實現靈活的“異步”更新，也許是基於事件驅動，或是基於某種局部閾值的判斷。這背後涉及到的算法設計、並行計算策略，甚至可能的硬件加速方法，都將是書中值得深入探討的亮點。而“及其應用”則將抽象的理論模型與具體的現實場景聯係瞭起來。我非常渴望看到，作者是如何將這種新穎的模型應用於解決實際問題的。例如，書中是否會詳細介紹如何利用它來模擬區域經濟發展的差異性，或者如何分析不同地理區域的疫情傳播動態，甚至如何優化復雜工業流程的調度？我期待書中能夠提供足夠詳實的案例分析，展示分區異步CA模型在解決那些傳統模型難以應對的問題時，所展現齣的獨到之處和卓越的效能，從而為我提供新的思路和解決問題的工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題，尤其是“分區異步元胞自動機模型”，勾勒齣瞭一幅充滿學術深度與工程潛力的圖景。我對這類研究方嚮的興趣由來已久，深知元胞自動機在刻畫復雜係統自組織特性方麵的強大能力。然而，標準的元胞自動機模型通常假定全局同步更新，這在麵對真實世界中普遍存在的時空異質性時，顯得有些力不從心。因此，“分區異步”的處理方式，無疑是該領域的一個重要突破口。我推測，書中很可能對這一核心概念進行瞭係統性的梳理和理論推導，探討瞭如何設計有效的區域劃分策略，以及不同異步更新機製（例如，基於概率的、基於事件的）對模型行為的影響。這背後涉及的算法設計、並行計算思想，以及如何權衡模型精度與計算效率，都將是書中值得深入挖掘的內容。更重要的是，“及其應用”這四個字，將理論模型與實際問題緊密聯係起來。我迫切希望瞭解，作者是如何將這一抽象的模型應用於具體場景的。書中是否會涵蓋特定領域的案例研究？例如，在環境科學領域，如何用分區異步模型來模擬汙染物在不同地理區域的擴散和轉化，並考慮不同區域間排放源和吸收匯的異步交互？或者在社會動力學研究中，如何模擬信息在不同社群間的傳播，並體現齣社群內部和社群之間的傳播速度和模式差異？這種模型能夠帶來哪些傳統模型無法比擬的優勢，例如更高的計算效率、更強的魯棒性、或者更能捕捉到現實世界中的細微動態？這些都是我非常期待從書中找到答案的問題，相信它能為我提供寶貴的見解和方法論上的啓示。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的書名“分區異步元胞自動機模型及其應用”來看，它似乎觸及瞭一個非常前沿且具有高度實踐價值的研究方嚮。我對元胞自動機（CA）的理論基礎有著一定的瞭解，知道它在模擬物理、生物、社會等復雜係統中扮演著重要的角色。然而，傳統的CA模型大多基於全局同步的更新規則，這在一定程度上限製瞭它們對現實世界中普遍存在的非均勻性和異步性現象的刻畫能力。因此，“分區異步”這一概念的引入，讓我看到瞭突破這一局限性的希望。我推測，書中必然會深入探討如何將整個模型空間劃分成若乾個互不相同但又相互影響的子區域，並在此基礎上實現各子區域的獨立、異步更新。這其中可能涉及對分區策略（如固定網格、自適應劃分）、異步更新機製（如隨機選擇、基於狀態的觸發）、以及信息在區域間傳遞方式的詳細闡述。我相信，作者一定在理論層麵進行瞭嚴謹的推導，構建瞭一套完整的數學框架來描述這種新型模型的特性。更重要的是，本書還強調瞭“及其應用”，這錶明它並非僅僅停留在理論研究層麵，而是將模型與實際問題緊密結閤。我非常期待看到，書中是如何運用這一強大的工具來解決現實世界中的挑戰的。例如，在城市規劃領域，如何利用分區異步CA模型來模擬城市擴張和基礎設施建設的動態過程，並考慮不同區域發展速度的差異？或者在生態環境保護方麵，如何模擬不同地理單元中物種遷徙和資源競爭的異步演化？我希望書中能夠提供一些令人信服的案例研究，展示這種模型在提升模擬精度、加速計算效率、以及提供更深入洞察方麵的獨特價值。