元胞自动机及其在可持续发展评价中的应用

【摘要】：元胞自动机是复杂性科学的重要领域，是复杂系统研究方法之一。目前，元胞自动机已经成为一个国际前沿的研究领域，被广泛应用到社会学、生物学、计算机科学、数学、物理、化学、军事科学等研究。本文着重研究了元胞自动机动力学过程中的几个量与动力学行为的联系；并尝试将元胞自动机应用到可持续发展评价领域。本文的主要工作包括以下内容： 1、系统介绍了元胞自动机的基本理论，详细说明了元胞自动机作为复杂系统的模型主要特点及优势。 2、奇偶规则的元胞自动机是一种构造相当简单的自动机模型，我们引入总密度关联和Hamming距离结合该自动机模型动力学行为进行研究，在此基础上提出一种扩展奇偶规则的自动机模型。对扩展模型的转移函数进行了深入的研究，从理论上指出其对自动机动力学行为的影响，通过计算机模拟研究了该模型的动力学过程中总密度关联和Hamming距离的变化情况，结果表明这两个量与动力学行为有一致的变化趋势。 3、实现可持续发展是21世纪人类经济社会发展的共同目标。可持续发展战略是中国经济社会发展的根本战略。对可持续发展状态进行评价是实施可持续发展战略的重要命题。由于社会—经济—自然复合系统是人类赖以生存和发展的复杂系统，可持续发展是这三个子系统随时间的非线性的演化过程。因此用一般的线性方法去研究可持续发展的指标体系的评价，就具有很大的局限性，而元胞自动机是解决复杂性问题的有效方法。通过分析元胞自动机作为非线性模型的特点，引出它在可持续发展定量评价领域应用的可能性。针对可持续发展评价指标体系，我们设计了SDECA(基于元胞自动机可持续发展评价模型)。将该模型进行实证研究，得到了符合实际情况的评价结果，表明这种新的建模方法是可行的，具有进一步深入研究和推广的价值。