基于复杂适应系统理论的特大城市商业区域演化仿真研究

刘文哲

[摘要]文章运用复杂适应系统理论思想，对特大城市商业区域这一典型的复杂系统进行分析，从微观视角归纳了构成系统各要素的一般特性。利用多主体仿真的手段构建了一个仿真框架，研究了各类主体的行为与交互规则，试探究其宏观层面的演化方向与规律，对于城市功能区域定位与规划提供借鉴意义。

[关键词]复杂适应系统；特大城市；商业区域；多主体；演化

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.02.119

1 引 言

复杂性是现实世界的一个重要特性，該特性反映了每一个系统都是由诸多要素构成的，而且各个要素之间相互作用，往往会形成更加复杂的情形。因此，研究复杂性是探索事物本质与特性的关键所在。

复杂适应系统（Complex Adaptive System，CAS）理论是研究复杂性问题的一个重要理论，该理论是由Holland在多年来研究复杂性问题的基础上提出的，在经济、生态和社会系统等领域都获得了广泛的运用。复杂适应系统理论的核心思想是适应性造就复杂性，即系统内的个体与个体之间、个体与环境之间相互作用，不断改变着自身的行为方式与结构策略，主体在逐次的交互迭代中积累经验，进行着演化学习以适应不断变化的环境，微观个体的进化使系统从宏观层面涌现出单个主体所不具备的特征。

总结梳理现有文献，发现对于复杂适应系统的研究方法主要分为三类：第一类是基于运筹学的方法；第二类是基于物理实验的方法；第三类是基于仿真建模的方法。由于前两种方法往往存在一定的局限性，即难以细致刻画复杂系统的特性，因此采用仿真方法作为研究复杂系统问题的重要手段，已经得到了广泛的应用。

特大城市是一个典型的复杂适应系统，随着近年来城市化的迅速发展，形成了一系列的多个特大型城市，这些城市的空间结构急速变迁，城市的功能区域也有着较为明显的演化方向，城市公共物品供应也需要相应调整以适应快速发展的城市功能区域。商业区域作为城市功能区域的一个重要组成部分，聚集了以第三产业为主的最高级别的经济活动，是城市中各种经济要素高度集中的核心功能区，其演化与变迁规律值得去探索。

2 特大城市商业区域复杂适应系统

特大城市作为典型的复杂适应系统，它的复杂性来源于以下三个方面：第一，城市系统是由不同的要素构成的，各个要素组织具有一定的层次结构，不同层级之间存在各种不规则的交互；第二，城市的整体演化方向是由不同行为主体并行交互所决定的；第三，城市的各个主体具有自我适应性；第四，城市的变迁过程中存在着大量的随机因素，使城市区域的演化也更为复杂。

2.1 聚集

随着城市的发展，形成了不同的功能区域，较低层的主体通过一定的规律和方式结合起来，形成了较高层次的、具有宏观特性的主体。对于特大城市而言，商业区域是以第三产业为主高度聚集发展的结果，这个过程可以看成人力、技术、知识等要素的聚集过程。

2.2 非线性

对于特大城市这种复杂系统，构成商业区域各要素的关系是非线性的，因此整体层面所呈现出来的特性往往比各要素的特性更为复杂。若依据还原论思想，将特大城市的商业区域简单解构为几个关键部分，分别研究各部分的规律与特征，不能反映出复杂系统的涌现特性。

2.3 流

特大城市商业区域的维持与演变离不开物流、信息流、资金流等资源的交换过程，这些各种各样的流使商业区域的日常经济活动更复杂多变，也将各要素有机贯通，实现了人、车、资金、产品与信息的流动。

2.4 多样性

复杂适应系统的一个重要特性就是个体之间的多样性，由于分工不同造就了个体向着不同的方向发展，从而形成了个体类型的多样性。在特大城市商业区域中，多样性也是一个重要特性，例如消费者是异质性的主体，每个人都有不同的偏好与需求；产品是异质性的主体，不同类型的产品提供不同的服务、满足各类消费者的实际需求；各类企业商家也是异质性的主体，有着适合自己的经营策略和销售手段。

2.5 标志

标志是主体之间相互选择和联系的基础，在商业区域的演化过程中，各类要素的协调工作正是依赖于标志的存在，有了不同的标志主体才能更有效地进行信息的交互。

2.6 内部模型

从特大城市商业区域的宏观视角出发，可以发现这一复杂系统包含了按照特定秩序和规律构成的内部机制，构成系统的每个主体都有复杂的内部进化与演变机制，以适应环境的变化，这种模型反映了系统内在的规律。

2.7 积木

积木也称为构筑块，是内部模型的基本组成要素，系统的多样性与复杂性往往不是在于积木的数量多少，而是在于积木之间的不同组合方式，这加强了内部模型的层次性。积木会将较低层次的元素进行封装，以整体的形式与较高层次的事物相互作用，暂时忽略其内在的细节，将主要目光放在积木与积木之间的交互方式上。城市商业区域可以看成由多个积木构成的，正是由于积木的不同组合造就了城市不同商业区域各有其特点。

3 特大城市商业区域演化的多主体仿真框架设计

运用复杂适应系统理论的思想，借助多主体仿真的手段对特大城市的商业区域进行建模，探究其演变和进化的一般规律。将系统中的主体划分为以下类型：商户主体、消费者主体、政府主体。以下详细描述各类主体的行为规则。

第一，初始阶段商户主体随机分布在空间内，其地理位置受租金、政府政策、消费者偏好等因素的影响，不同的商户提供不同的产品以供消费者购买。当满足一定的情况时，商户会改变自己的地理位置，向更适合交易的位置移动。第二，消费者主体随机选择一家商户，综合考虑自身收入、交通、产品价格、购买意愿等因素，按照一定的概率完成购买行为。第三，政府主体主要是定期发布政策信息，例如改变税率、土地租金等因素，这些政策的变化会对消费者主体和商户主体产生影响。

4 结 论

通过对特大城市商业区域这一复杂系统进行分析，从微观视角研究了各类主体之间以及与环境之间的交互行为，建立了该系统动态演化的仿真框架，并归纳其涌现出来的宏观层面的一般特性。在该框架下，各个商户主体逐渐会由分散到聚集呈现出一定的变化规律，并最终达到均衡状态，此结果需要进一步的仿真实验来进行验证，这也是今后的工作重点。总结起来，利用复杂适应系统理论的思想，探索特大城市商业区域的演化与变迁规律，这对于今后城市的规划布局以及区域的功能定位提供一定的指导意义。

参考文献：

[1]李强森.我国城市空间结构演变及其影响因素分析[D].成都：西南财经大学，2009.

[2]李波.基于多主体仿真技术的开埠城市街区空间演变研究[D].天津：天津大学，2014.

[3]王绚，吴昊，侯鑫.多主体仿真技术在街区空间研究中的应用[J]. 建筑学报，2013（S1）：194-199.

[4]傅星.基于复杂适应系统理论的经济仿真研究[D].北京：首都经济贸易大学，2005.