全部版块 我的主页
论坛 经济学人 二区 外文文献专区
955 22
2022-06-10
英文标题:
《On critical dynamics and thermodynamic efficiency of urban
  transformations》
---
作者:
Emanuele Crosato and Ramil Nigmatullin and Mikhail Prokopenko
---
最新提交年份:
2018
---
英文摘要:
  Urban transformations within large and growing metropolitan areas often generate critical dynamics affecting social interactions, transport connectivity and income flow distribution. We develop a statistical-mechanical model of urban transformations, exemplified for Greater Sydney, and derive a thermodynamic description highlighting critical regimes. We consider urban dynamics at two time scales: fast dynamics for the distribution of population and income, modelled via the maximum entropy principle, and slower dynamics evolving the urban structure under spatially distributed competition. We identify phase transitions between dispersed and polycentric phases, induced by varying the social disposition---a factor balancing the suburbs\' attractiveness---in contrast with the travel impedance. Using the Fisher information we identify critical thresholds and quantify the thermodynamic cost of urban transformation, as the minimal work required to vary the underlying parameter. Finally, we introduce the notion of thermodynamic efficiency of urban transformation, as the ratio of the order gained during a change to the amount of required work, showing that this measure is maximised at criticality.
---
中文摘要:
大型和不断增长的大都市区域内的城市转型通常会产生影响社会互动、交通连接和收入流分配的关键动态。我们开发了一个城市转型的统计力学模型,以大悉尼为例,并导出了一个强调临界状态的热力学描述。我们在两个时间尺度上考虑城市动态:通过最大熵原理建模的人口和收入分布的快速动态,以及在空间分布竞争下城市结构演变的缓慢动态。我们确定了分散相和多中心相之间的相变,这是由不同的社会倾向(一个平衡郊区吸引力的因素)与旅行阻抗引起的。利用Fisher信息,我们确定了临界阈值,并量化了城市改造的热力学成本,作为改变基础参数所需的最小工作量。最后,我们引入了城市改造热力学效率的概念,即在变化过程中获得的阶数与所需工作量的比率,表明这一指标在临界状态下最大化。
---
分类信息:

一级分类:Physics        物理学
二级分类:Physics and Society        物理学与社会
分类描述:Structure, dynamics and collective behavior of societies and groups (human or otherwise). Quantitative analysis of social networks and other complex networks. Physics and engineering of infrastructure and systems of broad societal impact (e.g., energy grids, transportation networks).
社会和团体(人类或其他)的结构、动态和集体行为。社会网络和其他复杂网络的定量分析。具有广泛社会影响的基础设施和系统(如能源网、运输网络)的物理和工程。
--
一级分类:Physics        物理学
二级分类:Statistical Mechanics        统计力学
分类描述:Phase transitions, thermodynamics, field theory, non-equilibrium phenomena, renormalization group and scaling, integrable models, turbulence
相变,热力学,场论,非平衡现象,重整化群和标度,可积模型,湍流
--
一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Statistical Finance        统计金融
分类描述:Statistical, econometric and econophysics analyses with applications to financial markets and economic data
统计、计量经济学和经济物理学分析及其在金融市场和经济数据中的应用
--

---
PDF下载:
-->
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

全部回复
2022-6-10 03:25:47
关于城市转型的临界动力学和热力学效率,澳大利亚新南威尔士州悉尼大学工程与信息技术学院Mikhail ProkopenkoComplex Systems研究小组和复杂系统中心,澳大利亚新南威尔士州悉尼大学,Ramil Nigmatul lin和Mikhail ProkopenkoComplex Systems研究小组。澳大利亚新南威尔士州埃平市CSIRO Data61,邮政信箱76,邮编:1 7 10*埃马努埃尔。crosato@sydney.edu.auAbstractUrban大型和不断增长的大都市地区的转型通常会产生影响社会交往、交通连通性和收入流动分配的关键动态。我们开发了一个城市转型的统计力学模型,以大悉尼为例,并导出了一个强调临界状态的热力学描述。我们在两个时间尺度上考虑城市动态:通过最大熵原理建模的人口和收入分布的快速动态,以及在空间分布竞争下城市结构演变的缓慢动态。确定分散和多中心阶段之间的相变,这是由不同的社会倾向引起的,这是与旅行阻抗相比,平衡郊区吸引力的一个因素。利用Fisher信息,我们确定了临界阈值,并量化了城市改造的热力学成本,作为改变基本参数所需的最小工作量。最后,我们引入了城市改造的热力学效率的概念,即在变化过程中获得的阶数与所需工作量的比率,表明该指标在临界状态下达到最大。关键词:城市建模、热力学效率、最大熵原理、相变、临界性、费希尔信息1简介城市本质上是一个复杂的系统,由多个相互作用的主体组成,如个人设施、就业中心和交通基础设施【1,2】。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-10 03:25:50
这种复杂性通过不同的空间组织表现出来:大多数经济活动发生在中央商务区的单中心城市【3】,具有多个次中心(或“边缘”城市)的多中心城市【4、5、6】和分散的蔓延(或“无边缘”)城市【7】。此外,城市可以在其城市结构中进行转型。推动这种转变的是决定企业和居民聚集经济和不经济因素的变化【8、9、10、11】。虽然过去对城市动力学进行了广泛研究,但尚未开发出以城市转型热动力学为中心的统一框架(见综述[12])。特别是,尽管最近在短时间尺度上进行了空间经济学方面的尝试,但在严格的热力学环境下,将城市转型分析和建模为相变仍然是一个开放的挑战。本文旨在重新审视城市动力学的研究领域,以平衡和非平衡情景下的热力学基本概念(能势、熵、序参数等)为基础,以原则的方式考虑临界现象,包括ph值转换。这种方法将使系统校准这种热力学模型与现实世界的数据和场景在不同的重叠时间尺度。我们开发了一个显示相变的统计力学模型,在动态环境中使用最大熵原理,并确定了城市转型的热力学效率。该模型根据更大的悉尼人口普查数据进行了校准,并显示出在无中心分散型和多中心集群型城市形态之间的相变。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-10 03:25:53
考虑到交通成本,该相变是由住宅区吸引力的变化引起的,该变化由当地服务密度来衡量。虽然城市转型的定量研究通常侧重于对城市空间演变的统计分析[13、14、15、16、17],但本文中开发的热力学方法能够对广泛类别的城市系统中的临界动力学进行严格分析,以及针对通用和精确的效率度量,对各种“假设”情景进行定量探索。我们的模型基于Boltzmann-Lotka-Volterra(BLV)方法[18、19、20、21]。BLV模型包括两个组成部分:一个是快速平衡“Boltzma nn”,一个是缓慢动态“Lotka Volterra”。Boltzmanncomponent应用最大熵原理推导出与给定空间分布一致的商品和居民的静态流动模式【22】。Lotka-Vo-lterra分量根据空间分布竞争者的广义L-otka-Volterra方程,演化出商品的空间分布和流动模式。在我们的GreaterSydney模型中,L otka-Volterra方程使郊区竞争本地服务,而服务更多的郊区则是更具吸引力的住宅区。由此产生的城市动态表现出临界状态,被解释为城市相变,其中适当选择(控制)参数的微小变化会改变通过特定数量(顺序参数)测量的全球产出。最大熵方法【23】已应用于各种集体现象【24、25】和城市建模【22】,表明城市和热力系统之间存在形式相似性【26、27、28】。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-10 03:25:56
在研究大悉尼地区作为热力学现象的转变时,我们根据适当选择的控制参数构建了相应的相位图。在此过程中,我们使用Fisher信息,该信息测量概率分布对控制参数变化的敏感性,并在临界点发散【29、30、31、32、33】。我们的分析进一步深化了城市科学与热力学之间的类比,利用费希尔信息作为自由熵二阶导数的明确热力学解释。具体而言,我们研究了根据rmodynamics的Firstlaw改变控制参数所需的最小功,并跟踪配置熵和内能。重要的是,热力学工作是通过Fisher信息确定的,因此可以仅根据可用数据估计的概率分布进行计算。最后,我们介绍了城市改造的热力学效率的概念,即变化期间的热工效率与所需工作的比率,并证明在我们的案例研究中,热工效率在临界状态下最大化。2材料和方法2.1模型概述在我们的模型中,人口在医院和工作场所之间的通勤。在就业区i和居住区j之间通勤的人数由上班旅行矩阵Tij给出。通勤旅行具有相关成本,例如旅行费用、时间或距离。Cijr代表了交通网络的结构,主要包括道路以及不同类型的公共交通。就业领域以员工的平均收入II为特征,结合工作差旅矩阵,提供收入流量Yij=TijIi。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-10 03:26:00
相反,住宅区的特点是平均租金Rj和服务量Sj(Greatersyney建模中使用的数据见补充材料第1节)。我们开发了一个BLV模型,用于预测伊金收入流与人口普查获得的实际收入流。假设每个就业领域的可用工作数量保持不变,因此每个领域的收入流动也是固定的:Youti=PjYij。相反,人口可以在郊区重新分布。服务设施SJ和人口PJ决定了郊区的吸引力,这决定了人们居住的基准,从而为j带来收入。在决定定居地点时,人们考虑了居住在吸引人的郊区的效用以及工作的成本。在我们的模型中,这一权衡由两个参数α和dγ控制,这两个参数分别确定了郊区在吸引力(社会倾向)方面的价值,以及在成本(旅行阻抗)方面,迪斯科堡在通勤旅行方面的价值。该模型进一步允许城市服务Sj(因此也就是吸引力Aj)的发展,这些动态比人们的重新安置要慢。当国内的青少年从就业区i搬到居住区asj时,一部分用于租金RJ,而维护费用可用于j.Lotka Volterra dynamics m MakeBurbiotus的服务竞争:如果在郊区可以花费的收入高于在该郊区运行服务的成本,这些服务将增长,否则,它们将减少。每次SJ更新时,Yijis都会使用最大熵原理重新计算d,直到达到平衡,从而使服务支出与其运行成本相匹配。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

点击查看更多内容…
相关推荐
栏目导航
热门文章
推荐文章

说点什么

分享

扫码加好友,拉您进群
各岗位、行业、专业交流群