基于Zipf定律的森林资源规模分析

利用Zipf定律与分形理论对我国森林资源规模分布进行了定量分析。结果表明：无论是以有林地面积还是以活立木蓄积量为指标,我国森林资源的规模分布均符合Zipf定律,通过Zipf定律把握森林资源规模的分布是可行的。其中有林地规模分布的无标度区说明我国有林地资源分布具有良好的空间结构;蓄积量规模分布的双分形特征说明蓄积量资源分布的结构仍有进一步优化的空间。     

城市等级体系分形模型中的最大熵原理

从一组基本的假设条件出发,借助最大熵方法,导出描述城市等级体系的分形递归模型:Pm=P1rmP-1,fm=f1r1f-m,以及某一等级城市数目fm与平均城市规模Pm的反比关系:fm∝1/Pm,从而证明城市等级-规模分布的标度定律和标准状态的Zipf维数(dz=lnrp/Inrf=1)的理论基础均在于城市地理系统的信息熵最大化过程.     

中国城市企业数量空间分布及规模分布演变

针对城市规模研究忽视企业数量且企业分布研究集中在空间分布的问题,将企业数量纳入城市规模指标,提出从空间分布及规模分布研究企业分布及演变的方法.结果表明:1)中国企业空间分布极不均衡,胡焕庸线东南半壁企业数约占95%且比例仍在增大;企业数增长率整体符合东南高、西北低的规律,但黑龙江、新疆等地城市与规律相悖.2)城市首位度远低于理想值,首位城市优势不明显;企业数整体服从Zipf分布,集中于中间位序城市且在趋近理想分布;使用分层研究划分为3个无标度区,无标度区之间断层明显,第一无标度区内城市约占90%,企业集中于中间位序城市,第二、三无标度区城市企业集中于高位序城市.该方法有助于立体描述企业分布的现状及趋势,为合理布局生产力、科学确定城市规模提供参考.     

城市等级体系的多重Zipf维数及其地理空间意义

基于城市等级体系的分形递归模型Pm=P1r1-mp,m=f1rm-1f及其等价形式三参数Zipf定律P(r)=C(r-α)-dz提出关于城市位序-规模分布的多分形模型,得到多分维谱的二标度表达形式Dq=ln[pq+(1-p)q]/[(1-q)lnrf],这里p=P(2)/[P(2)+P(3)]为概率尺度(括号中的数字表示城市的位序,为对应城市的人口);然后借助Legendre变换给出相应的参量表达,包括质量指数τ(q)、关于质量的Lipschitz-Hlder指数α(q)以及指数支集的分维函数f(α).导出关于城市体系人口分布的空间维数谱模型Dp(q)=DqDf以及有关的参量表达式,实现了区域城市人口多分维的可计算性.多重Zipf维数模型不仅可以有效地统一中心地的等级阶梯与位序-规模法则反映的连续分布,而且可以揭示城市体系演化的更多信息和隐含法则.以美国城市体系(1998年的数据)为实证对象,给出了城市规模分布的多分维Dq以及f(α)曲线等部分数值和图谱.     

旅游流规模结构的Zipf特征与差异度对比研究——以四川省为例

以1996年至2004年入境旅游统计数据为样本,借用齐夫(Zipf)参数和差异度、均衡度指标,对四川省入境旅游流规模结构的齐夫(Zipf)特征和差异度进行了对比研究.结果发现齐夫(Zipf)参数可对旅游流规模结构进行分段处理,并以此分析各标度区内旅游流规模结构的空间分布形态;对不满足Zipf法则的无效标度区内部结构只能借助差异度和均衡度指标予以完成,但由于该指标既不能很好说明旅游流规模结构的标度分段特征,又无法反映旅游流结构的空间分布形态,故只能在分析旅游流规模结构时对齐夫(Zipf)参数起补充作用;用Zipf参数和差异度、均衡度指标定量研究旅游流规模结构所得到的结果与客观实际相符合,从而证明了Zipf定律、差异度、均衡度指标均可作为旅游流规模结构分析的有效手段或工具,这对丰富旅游流的分析方法具有重要意义.     

城市体系二倍数规律与位序-规模法则的等价性证明

从城市规模分布的位序-规模法则出发, 推导出城市等级体系的二倍数法则。假定城市体系服从标准位序-规模法则(幂指数为1), 则城市规模可以抽象为一个调和数列。按照二倍数的规则对这个调和数列自上而下分级, 各级数值之和在极限条件下趋于常数ln2。由此证明如下问题: 1)城市位序- 规模法则在极限条件下和平均意义上与二倍数法则数学等价; 2)服从位序-规模法则的等级结构在一定尺度范围内是无标度的, 规模尺度最大的城市理论上不服从规律的约束。上述结论可以进行两个方面的推广:一是逻辑推广, 从二倍数推广到多倍数情形; 二是应用范围推广, 从城市研究领域推广到经济学和 自然科学领域。     

淮海经济区城市体系的空间分形研究及优化举措

分析了淮海经济区城市体系的现状,其表现为城市体系比较完整,但首位度偏小,规模结构失衡;城市密度较大,空间分布相对均衡;城市分布的轴向特征明显.利用齐夫（Zipf）公式和关联维数对其城市等级规模结构、空间分布进行了研究,并对优化城市体系结构提出了几点建议：强化徐州一级中心城市的龙头作用;重点发展区域性中心城市;积极发展小城市;加快区域空间结构轴的建设;建立健全统一协调机制.     

山东省城市体系规模分布的分形特征

运用分形理论,借助Zipf公式分析了山东省城市体系规模分布的分形特征.研究认为,山东省城市体系规模分布具有分形特征,且区域差异性减小,城市体系规模分布趋于均衡;但首位城市规模相对较小,城市体系规模分布不尽合理.针对山东省城市体系规模分布的问题提出大、中、小城市协调发展,构建城市网络体系的对策.     

基于位序规模法则的我国城市用地规模分布变化研究(2000年～2012年)

我国已进入快速城市化时期,城市用地迅速增长,研究我国城市用地规模分布变化规律有助于在城市化进程中合理配置城市用地,促进城市体系协调发展.选择2000年~2012年我国地级及以上城市的建成区面积数据,利用位序-规模法则结合分形理论,研究我国城市用地规模分布的变化趋势并分析不同区域城市用地规模分布变化的差异性.研究结果表明:(1)以建成区面积衡量城市规模,我国城市规模分布符合位序-规模法则;(2)城市规模的位序-规模对数曲线呈平行向前推进趋势,城市用地规模总量增加,但城市用地规模分布Zipf指数呈上升趋势,城市用地规模分布的均衡度下降;(3)按建成区面积分类,超大、大城市的城市用地增长速度快于中小城市;(4)不同区域城市用地规模分布变化特征反映出差异性:4大区域中东部地区城市用地规模Zipf指数始终最接近理想值1,表明东部地区高中低位次城市用地发展较为协调,东北地区以及西部地区城市用地规模分布趋向于集中,高位次城市用地扩张明显快于中低位次城市,中部地区城市用地规模分布较为分散,但近几年高位次城市用地规模扩张趋势明显增加.     

东北地区三大城市群规模结构的分形特征研究

从分形理论在城市规模结构研究中的应用入手,以Hausdorff维数为依据,通过Zipf公式对东北地区三大城市群规模结构进行了分维测算.结果表明东北城市群具有分形特征,三个城市群人口分布比较均衡,首位城市规模不是很突出,中小城市发育比较成熟.最后基于分形理论的测算与分析结果,提出了城市群城市发展对策.     

壁湍流标度律与流动结构实验分析

标度律是研究湍流统计和湍流级串的重要工具,文中应用PIV系统的分辨率较高和帧率较高的特点,对在动量损失厚度雷诺数Re=2694时实验区域的脉动速度数值进行测量,利用统计学和小波分析的方法对SL标度律的间歇参数和最奇异标度指数进行拟合分析.从结果中可看出,SL标度律的间歇参数并不是一个固定的数值,而是和尺度的大小及壁面位置有关;SL标度律的另一个参数最奇异标度指数是随着壁面距离和尺度的增大趋于稳定,在大尺度上与壁面的距离无关.小波分析重构前后的流动图案显示也验证了湍流的级串过程及标度律运算的正确性.     

去滑动均值趋势的DeWijs模型多重分形特征分析

运用去滑动均值算法,探讨了De Wijs模型的多重分形特征。结果显示,趋势波动函数Fq(s)与尺度s具有较好幂律关系,Hurst指数h(q)与标度函数τ(q)都是随q变化的非线性函数,且随着富集参数d的增大,多重分形谱f(α)曲线跨度越大,指示多重分形特征越明显。这表明去滑动均值算法是识别De Wijs模型的多重分形特征及区分其分形强度的有效方法,可为进一步应用于实验数据的非线性特征分析提供理论指导。     

复杂网络幂律函数标度指数的估计与检验

针对度分布以及群规模分布的幂律函数,提出了基于最大似然估计的幂律分布的标度指数估计方法;针对幂律形式的层次聚集函数的标度指数估计,则采用了构建方程组的方法.此外,还引入KS检验统计量和欧几里得距离来检验新方法的估计效果.最后,通过CNN模型网络和爵士音乐家网络两个应用例,证实了新方法对3种标度指数的估计效果均好于图形方法.     

Asymptotic Mandelbrot Law for Some Evolving Networks

Complex networks are now the focus of many branches of research. Particularly, the scale-free property of some networks is of great interest, due to their importance and pervasiveness. Recent studies have shown that in some complex networks, e.g., transportation networks and social collaboration networks, the degree distribution follows the so-called "shifted power law" （or Mandelbrot law） P （ k ） ∝ （ k + c ）-γ. This study analyzes some evolving networks that grow with linear preferential attachments. Recent results for the quotient Gamma function are used to prove the asymptotic Mandelbrot law for the degree distribution in certain conditions. The best fit values for the scaling exponent, γ , and the shifting coefficient, c , can be directly calculated using Bernoulli polynomial functions. The study proves that the degree distribution of some complex networks follows an asymptotic Mandelbrot law with linear preferential attachment depicted by P k ∝ ( k +（b+a+1）/2^-b-a.     

河南省城市体系等级结构变化的分维分析

本文借助分维及城市规模分布的离散度和均衡度指数分析了河南省城市体系等级结构演化的动态特征,井利用R/S分析考察了其发展趋势,发现系统的要素规模差异逐渐缩小而且具有持久性,这表明河南省城市的人口分布将避渐趋于均衡,需要采取优化措施。     

一种基于社团和分层思想的无标度演化模型

针对复杂网络节点度分布服从幂律分布问题, 给出一种基于社团和分层思想的无标度演化模型. 该模型利用转轮思想和限制节点度改进了无标度模型的优先连接策略; 加入分层结构优化了无标度网络的搜索; 将局域世界模型中的局域世界思想引入到模型中, 并利用社团结构改进了局域世界模型中局域世界的不确定性问题.  理论分析证明了模型的度分布服从幂律分布, 且幂律指数可调.  模拟实验结果表明, 模型有较小的平均路径长度和较大的聚类系数,  且两层网络搜索效率优于单层网络搜索.     

基于等级结构的多重图像认证水印算法

提出了一种基于等级结构的用于多重图像认证的脆弱水印算法.根据等级结构,将原始图像划分为多等级子块,然后对各等级子块进行独立的水印生成和嵌入.将混沌调制后的像素值映射为混沌系统的初值,经过混沌迭代生成水印信号,然后将水印信号替代像素的最低有效位,完成水印的嵌入.文中提出了一种新的水印分配方法,通过引入一个可变参数来控制各等级图像块对应的认证水印长度,分析了在该分配方式下水印定位精度和安全性之间的矛盾.实验结果表明,提出的水印分配方法可以有效地提高等级水印算法的性能,选择合适的划分等级可以取得定位精度和安全性两方面的良好性能.提出的等级水印算法能对图像的篡改进行多重检测与定位,极大地提高了脆弱水印算法在实际应用中的灵活性.     

Internet分形特征研究

采用k-核分解算法对Internet分形特征进行研究.对高核区间和低核区间拟合结果的差异进行分析,提出Internet分形特征与其结构的层次性存在关联的猜想.随后,从删边数、删边比例和子网分布三个角度对k-核分解过程进行观察,确定Internet核心层与边缘层的分割边界,并利用骨架树理论研究Internet的层次分形特征.最后,从度分布指数、同配系数和结构熵等常见统计角度对Internet部分与整体,以及部分与部分之间的关系进行观察.观察表明,在以上统计角度,Internet边缘子网可以表征网络整体.     

Hierarchical similarity in the atmospheric boundary layer turbulence

The S-L (She and Leveque) scaling law, also named the hierarchical similarity theory, has been extensively tested for the turbulence made in the laboratory, but seldom been tested for the turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In this paper, the S-L scaling law is applied to the turbulence in the ABL observed under unstably stratified conditions and over different types of underlying surfaces. The results of analyses show that over this type of homogeneous and flat underlying surface, such as the underlying surface in HUBEX (Huaihe River Basin Energy and Water Cycle Experiment), vertical speed and temperature fields well satisfy the S-L scaling law. For the turbulence over the homogeneous but rather rough underlying surface of forest and under unstably stratified conditions in PFRD (Park Falls Ranger District of the Chequamegon National Forest, Wisconsin, USA), the analyses show that the vertical speed and temperature fields sometimes conform sometimes do not conform to the S-L scaling law. However, at a time, either both of the vertical speed and temperature fields conform to the S-L scaling law, or both of them do not. Horizontal speed fields in both of the field experiments do not satisfy the S-L scaling law. The new explanation of the above-mentioned phenomena is given.