基于最大流原理的蚌埠市可持續發展評價

【摘 要】 城市是包括大量互相耦合組元的復雜非線性系統，構建一個最大信息熵MIE模型用以評價城市可持續發展水平，推導系統演化動力學方程及計算參量。其中，參量表示城市系統組元耦合形成的結構模式，反映城市可持續發展水平高低。同時，對2010-2015年間蚌埠市可持續發展水平進行評價。

【關鍵詞】 可持續發展 最大流原理 系統演化動力模型 MATLAB

一、前言

通過城市可持續發展的指標要素與評價內容的選擇，遵循有效性、科學性、綜合性、可操作性等構建指標體系原則，并且依據社會公平公正，經濟繁榮發展和環境可持續的理念將其分為經濟持續、環境友好、社會和諧三個方面。這三個準則層相互聯系，但又有著區別，因此可準確地、全面地反映出城市可持續發展程度的情況。

二、基于MIE的可持續發展城市發展水平評價模型

（一）評價指標體系的確定

指標體系從經濟持續、環境友好、社會和諧等3個方面對可持續城市進行衡量，具體指標如表1所示：

考慮到指標中的密度涉及土地面積的計算，因此互聯網覆蓋率的計算是以城市建設用地的面積來計算。

（二）基于MIE的城市發展水平評價模型

本文把城市看成一個復雜非線性系統，由互相作用的要素構成有機整體，因此引入信息熵來描述要素間的作用，并用最大信息熵（MIE）方法推導城市系統演化的動力學方程，構建可持續城市發展水平的評價模型。

在可持續發展的范疇上，城市可以被考慮成是一個由經濟持續、環境友好、社會和諧等多種意義上的組元互相耦合形成的復雜網絡。在網絡中，組元間通過互相競爭、不停與外界交換信息，涌現出時空有序的功能結構。若準確反映出此功能結構的演化特征，即可從組元間互相作用的動力學角度對城市可持續發展水平進行評價。

本文把城市的復雜網絡的組元定義為X1，X2，…，Xn，對組元的特性用x1，x2，…，xn來表示，寫成向量的形式為x=（x1，x2， …，xn）。并且考慮該系統組元間的所有相互聯系的參量作為城市的信息熵：

三、評價與結果分析

要根據所建立的指標體系，利用基于MIE的城市發展水平評價模型對蚌埠市進行定量評價。

根據收集到的指標的數據，進行預處理，首先歸一化，使各指標具有統一性。對于越大越優型指標，采用進行歸一化處理；對于越小越優型指標，采用進行歸一化處理。得到的城市系統指標見x1，x2， …，xn表2。

根據表2的數據，借助MATLAB軟件利用SOM自組織神經網絡，選取3×2的網格數設定300步對演化動力學式（6）進行模擬，結果如圖1所示。圖1表示的是在蚌埠市可持續發展城市系統演化過程中，內部組元間相互耦合，不斷競爭和自組織，并最終獲得每一組給定x1，x2， …，xn數據下ξ的過程。城市系統組元在外界的約束條件下，不斷進行競爭、協作、自組織，在前150步的相互作用中，ξ值波動比較大，這表明蚌埠市可持續發展城市系統發展狀況的可能取值范圍較大。在200-300步時，各年ξ值基本保持在一個相對穩定的水平，說明這時候的系統模式已經處于穩定階段，且該階段的發展模式是通過系統組元經過一段時間的相互作用和反饋得到的，因此，是獲勝模式。ξ值逐漸趨于動態的穩定狀態，意味著最終趨向了每一組給定的x1，x2， …，xn數據下的城市系統功能結構。

從圖1看出，在2010-2015年的連續6年間，值逐漸變大，說明蚌埠市系統組元間的相互作用關系越來越緊密，廣義流交換越來越頻繁，結構越來越復雜，也越來越成熟。值由2010年的2.3850增長到2015年的2.5659，環比增長速度分別為4.7589%、0.3682%、0.1087%、0.6971%、1.4771%，顯示了蚌埠市可持續發展系統結構功能越來越成熟。

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作者簡介：王正（1996—）男，漢族，安徽黃山人，安徽財經大學管理科學與工程學院，2014級本科生，管理科學專業

基金項目：本文屬國家級大學生創新訓練項目《智慧增長：可持續發展城市的最佳選擇--以蚌埠市為例》（編號：201710378473）研究成果。