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| | * 规模法则差异:生物体的关键属性(如代谢率)随体型呈亚线性增长,即 [math]\beta = 3/4[/math]。而城市的创新率、收入和专利数量等关键社会经济指标则随人口呈超线性增长,即 [math]\beta > 1[/math],这正是城市区别于前两者的根本特征。 | | * 规模法则差异:生物体的关键属性(如代谢率)随体型呈亚线性增长,即 [math]\beta = 3/4[/math]。而城市的创新率、收入和专利数量等关键社会经济指标则随人口呈超线性增长,即 [math]\beta > 1[/math],这正是城市区别于前两者的根本特征。 |
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| − | === 超线性增长:奇点 === | + | === 超线性增长:繁荣与崩溃=== |
| − | Bettencourt等<ref name=":3" />提出,由超线性规模法则([math]\beta > 1[/math])驱动的城市增长,其内在特性是不可持续的,因为它会导致人口在有限时间内达到一个'''“奇点”(singularity)''',即人口无限增长。这种增长模式被称'''“繁荣-崩溃”(boom/collapse)'''模式,如下图c和d。如果不加干预,最终会停滞或崩溃。 | + | Bettencourt等<ref name=":3" />提出,由超线性规模法则([math]\beta > 1[/math])驱动的城市增长,这种增长模式被称'''“繁荣-崩溃”(boom/collapse)'''模式。方程{{EquationNote|12}}的解分为两种情况: |
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| | + | * 当[math]N>[/math],则……其内在特性是不可持续的,因为它会导致人口在有限时间内达到一个'''“奇点”(singularity)''',即人口无限增长,如下图的c所示,如果不加干预,最终会停滞或崩溃。 |
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| | + | * 当[math]N<[/math],则……,城市将不会增长,只会走向崩溃,如图d所示。 |
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| | [[文件:城市增长的繁荣-崩溃模式.png|无框|600x600像素]]<ref name=":3" /> | | [[文件:城市增长的繁荣-崩溃模式.png|无框|600x600像素]]<ref name=":3" /> |
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| − | 为了避免这种危机,城市必须进行“重大质变”,也就是通过创新来“重置”初始条件和参数。这种创新活动确保了城市的主导动力仍然处于“财富和知识创造”的超线性增长阶段。
| + | ===奇点=== |
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| | + | ====有限时间奇点与S型曲线==== |
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| − | 当城市生长方程的 [math]\beta > 1[/math] 时,这个方程的解会产生一个“超指数”(superexponential)增长曲线,并在一个有限时间 [math]t_c[/math] 处发散 。这个 [math]t_c[/math] 被称为“奇点时间”或“崩溃时间”。这个 [math]t_c[/math] 的值由以下公式近似得出:[math]t_{c} \approx [\frac{E}{(\beta-1)R}]\frac{1}{N^{\beta-1}(0)}[/math]
| + | 真实的城市增长,会在繁荣与崩溃二者之间切换。即当初期,满足条件[math]N>[/math]的时候,城市进入超指数(super-exponential)增长曲线,并在一个有限时间 [math]t_c[/math] 处发散(即'''有限时间奇点'''(finite time singularity))。这个 [math]t_c[/math] 被称为“奇点时间”或“崩溃时间”。这个 [math]t_c[/math] 的值由以下公式近似得出:[math]t_{c} \approx [\frac{E}{(\beta-1)R}]\frac{1}{N^{\beta-1}(0)}[/math] |
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| − | 为了避免崩溃,城市必须在接近奇点时间 [math]t_c[/math] 时引入新的创新周期。每一次新的创新都有效地重置了增长参数,开启了一个新的超线性增长周期。
| + | 然而这个增长不可持续,因为方程将在有限时间内触达,为了避免这种危机,城市必须进行“重大质变”,也就是通过创新来“重置”初始条件[math]N[/math]和参数[math]Y_0,R,E[/math],以使得[math]N<[/math]条件得到满足。这种创新活动确保了城市的主导动力仍然处于“财富和知识创造”的超线性增长阶段。历史上,当人类社会发生重大技术越迁正可以对应这种情况。这样,为了避免崩溃,城市必须在接近奇点时间 [math]t_c[/math] 时引入新的创新周期。每一次新的创新都有效地重置了增长参数,开启了一个新的超线性增长周期。 |
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| | + | 于是,当参数重置以后,城市增长便进入了第二轮增长曲线。然而,这一增长曲线也不可持续,在有限时间内趋近'''有限时间奇点''',于是又会导致[math]N>[/math]条件的破坏,于是城市进入第二轮'''崩塌'''模式中。于是第二轮的变革将会出现,从而重置初始条件和方程系数,于是进入第三波增长曲线,如此往复下去……。最终的城市增长曲线如下图: |
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| | [[文件:重置增长参数.png|无框|600x600像素]]<ref name=":3" /> | | [[文件:重置增长参数.png|无框|600x600像素]]<ref name=":3" /> |
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| | + | 我们可以考察纽约或伦敦的真实城市增长曲线以和该理论预测相比较。 |
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| | + | ====不可回避的奇点==== |
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| | 关键的结论是,为了维持持续增长,创新周期之间的时间间隔必须不断缩短。这是因为根据奇点时间公式 [math]t_{c} \propto 1/N^{\beta-1}(0)[/math] ,当人口 [math]N[/math] 增加时,达到下一次崩溃的时间 [math]t_c[/math] 会变短。因此,新的重大创新或适应措施必须以不断加速的速率出现,才能维持城市的增长。 | | 关键的结论是,为了维持持续增长,创新周期之间的时间间隔必须不断缩短。这是因为根据奇点时间公式 [math]t_{c} \propto 1/N^{\beta-1}(0)[/math] ,当人口 [math]N[/math] 增加时,达到下一次崩溃的时间 [math]t_c[/math] 会变短。因此,新的重大创新或适应措施必须以不断加速的速率出现,才能维持城市的增长。 |
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| | + | 于是,随着N持续增长,必然会导致[math]t_c[/math]变得越来越短,最终当[math]t_c\rightarrow 0[/math]的时候,城市便遭遇不可回避奇点。在这一点,人们将不能通过重置系数而进入新的增长轨迹。 |
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| | == 企业生长方程 == | | == 企业生长方程 == |