5、城市元胞自动机模型的转换规则引出方法

城市元胞自动机模型的转换规则引出方法

1. 引言

元胞自动机（CA）由约翰·冯·诺伊曼和斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆在20世纪40年代提出，用于研究生命的逻辑基础。“元胞（cellular）”一词源于乌拉姆，“自动机（automata）”则来自冯·诺伊曼。CA能基于一组相对简单的规则生成复杂行为，适用于复杂系统模拟，如城市发展、火灾、疾病传播和交通模拟等。

基本CA模型由乌拉姆、冯·诺伊曼和沃尔夫勒姆定义，包含五个组件：
- 网格（Lattice） ：CA存在和随时间演化的空间。
- 邻域（Neighborhood） ：元胞确切位置，由被检查元胞本身和周围给定配置的任意数量元胞组成。
- 元胞状态（Cell State） ：元胞可取的状态或值，基本CA模型通常具有布尔元胞状态，即0或1。
- 转换规则（Transition rules） ：CA模型中的控制组件，根据元胞当前状态及其周围元胞状态决定未来元胞状态。
- 时间（Time） ：CA模型中的时间尺度，以离散时间步表示。

由于CA模型擅长基于预定义标准或约束生成不同场景，许多研究人员使用CA模型模拟城市发展并尝试回答各种“如果……会怎样”的问题，包括土地利用动态、区域城市化、多中心性、城市空间发展以及城市增长和蔓延等。然而，将CA应用于城市模拟时，往往与原始的CA形式结构有很大差异。基本CA模型框架过于简化和受限，不适合城市应用。在基本CA模型的五个组件中，转换规则最为重要，它将现实世界的行为编码到人工C