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1、第一章 緒 論,,地理學的發(fā)展階段,地理學在中國戰(zhàn)國前后的古希臘、古羅馬時代開始萌芽，至今已有2000多年的發(fā)展歷史。地理學的發(fā)展可劃分為三個基本階段： 古代地理學，以記載地理知識為主體； 近代地理學，對各種地理現(xiàn)象進行條理化歸納，并對它們之間的關(guān)系進行解釋性描述； 現(xiàn)代地理學，采用定性與定量相結(jié)合的方法，規(guī)范研究與實證研究并舉，解釋各種地理現(xiàn)象的內(nèi)在機制并預測其未來演變。,地理學與數(shù)學的不解之緣,古代地理學和 近代地理學中的數(shù)學方法限于定量地描述、記載和解釋。 現(xiàn)代地理學中運用數(shù)學方法，是為了深入地進行定量化研究，揭示地理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的內(nèi)在機制及運動規(guī)律，從而為地理系統(tǒng)的預測及優(yōu)化調(diào)控提供
2、科學依據(jù)。,本章主要內(nèi)容：,計量地理學的形成和發(fā)展 計量地理學中的數(shù)學方法 計量地理學的應用,第一節(jié) 計量地理學的形成和發(fā)展,計量地理學的形成 計量地理學的發(fā)展階段 現(xiàn)代地理學的數(shù)學方法在中國的發(fā)展,一、計量地理學的形成,計量地理學（Quantitative Geography 或Quantitative Analysis in Geography)是把數(shù)學和電子計算機技術(shù)應用于地理學的一門新興學科，它是隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和科學技術(shù)的進步而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。 人們在研究地理事物的時空分布、相互關(guān)系、地理劃分，乃至進行地理要素的預測、控制、改造當中，取得了大量數(shù)據(jù)資料，如何對它們進行系統(tǒng)整理
3、，從而更深刻地闡明地理現(xiàn)象的規(guī)律，透徹地理解地理事物發(fā)生、發(fā)展的過程，更好地為生產(chǎn)建設(shè)事業(yè)服務(wù)，就在地理學中引進了數(shù)學方法，產(chǎn)生了計量地理學。,電子計算機和其它計算工具的發(fā)展和普及，又為計量地理學的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，計量地理學的出現(xiàn)，反映了地理學向著定量化發(fā)展的新趨勢。,二、計量地理學的發(fā)展階段,第一階段（20世紀50年代末到60年代末期） 把統(tǒng)計學方法引入地理學研究領(lǐng)域，構(gòu)造一系列統(tǒng)計量來定量地描述地理要素的分布特征，應用各種概率分布函數(shù)、方差等簡單的統(tǒng)計特征回歸分析方法。 分布中心、區(qū)域形狀、地理要素分布的集中和離散程度等都有了定量指標，許多地理要素間的相關(guān)關(guān)系，也可以
4、進行定量地表示。,第二階段（20世紀60年代末期到70年代末期） 多元統(tǒng)計分析方法和電子計算機技術(shù)在地理學研究中廣泛應用。以電子計算機技術(shù)為手段，許多地理學家熟練地掌握了多元統(tǒng)計方法，具備了分析多因素、復雜結(jié)構(gòu)和動態(tài)特征等復雜地理問題的能力。,第三階段（20世紀70年代末期開始到80年代末期） 系統(tǒng)理論、系統(tǒng)分析方法、系統(tǒng)優(yōu)化方法、系統(tǒng)調(diào)控方法等被引進了地理學研究領(lǐng)域，促進了運籌學中的規(guī)劃方法、決策方法、網(wǎng)絡(luò)分析方法，以及數(shù)學物理方法、模糊數(shù)學方法、分形幾何學方法、非線性分析方法等一系列現(xiàn)代數(shù)學方法的形成。同時GIS技術(shù)的發(fā)展為其提供了先進的技術(shù)手段支持。,第四階段（20世紀90年代初至今
5、） 按照英國著名地理學家、里茲大學S奧彭肖(S. Openshaw)教授的提法，90年代初進入計算地理(Geocomputational Geography)時代。 得益于計算機技術(shù)與計算理論和方法的巨大發(fā)展和3S技術(shù)在獲取大容量、整體性地理數(shù)據(jù)信息中的成功應用，以向量或并行處理器為基礎(chǔ)的超級計算機為工具，對“整體”、“大容量”資料所表征的地理問題實施高性能計算，探索構(gòu)筑新的地理學理論和應用模型。,除繼續(xù)應用20世紀80年代中葉以來在地理學模型研究中成功引入的突變、自組織、混沌、分支、分形等模型外，地理計算學又成功的引入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（neural network)、遺傳算法模型（gene
6、tic programming）、細胞自動模型（cellar automata）、模式參數(shù)隨機取樣模型（random sampling of model parameter）、模糊邏輯模型(fuzzy logic)、改進了的地理加權(quán)回歸（geographically weighted regression）等先進方法。,三、計量地理在中國的發(fā)展,20世紀50年代末，一些大學開設(shè)運籌學課程，地理學報等刊物上開始出現(xiàn)運用有關(guān)數(shù)學方法研究地理問題的論文。 70年代末80年代初，計量地理學正式起步。1980年5月，計量地理學被列為全國綜合大學地理系和高等師范大學地理系的專業(yè)課；中國地理學會于1983年
7、召開數(shù)量地理研討會；1984年和1985年，正式出版了教材計量地理學概論（林炳耀編）和計量地理學基礎(chǔ)（張超、楊秉庚編）。 20世紀80年代后期以來，地理數(shù)學方法的應用與系統(tǒng)科學、系統(tǒng)分析方法以及GIS技術(shù)有機地結(jié)合起來。,第二節(jié) 計量地理學中的數(shù)學方法,經(jīng)過40多年的發(fā)展，計量地理學不斷完善、不斷成熟。目前，計量地理學中的數(shù)學方法，已經(jīng)涉及到數(shù)學及其相關(guān)學科的各個領(lǐng)域。它不但繼承了計量運動的成果，而且還吸收了40多年以來數(shù)學、系統(tǒng)理論、系統(tǒng)分析方法、計算機科學、現(xiàn)代計算理論及計算方法等領(lǐng)域內(nèi)的有關(guān)成果，其內(nèi)容是十分豐富而廣泛的。,第三節(jié) 計量地理學的應用,應用方面 應用中應該注意的幾個問題,一
8、、數(shù)學方法主要應用方面,分布型分析--對地理要素的分布特征及規(guī)律進行定量分析。 相互關(guān)系分析--對地理要素、地理事物之間的相互關(guān)系進行定量分析。 分類研究--對地理事物的類型和各種地理區(qū)域進行定量劃分。,網(wǎng)絡(luò)分析--對水系、交通網(wǎng)絡(luò)、行政區(qū)劃、經(jīng)濟區(qū)域等的空間結(jié)構(gòu)進行定量分析。 趨勢面分析--做出地理要素的趨勢等值線圖，展示所要分析的地理要素的空間分布規(guī)律。 空間相互作用分析--定量分析各種“地理流”在不同區(qū)域之間流動的方向和強度。,系統(tǒng)仿真研究，步驟： 對復雜地理系統(tǒng)的各種系統(tǒng)要素之間的相互關(guān)系與反饋機制進行分析，構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； 建立描述系統(tǒng)的數(shù)學模型； 以適當?shù)挠嬎惴椒ㄅc算法語言將數(shù)學模
9、型轉(zhuǎn)化為計算機可以識別運行的工作模型； 運行模型，對真實系統(tǒng)進行模擬仿真，從而揭示其運行機制與規(guī)律。,過程模擬與預測研究, 通過對地理過程的模擬與擬合，定量地揭示地理事物、地理現(xiàn)象隨時間變化的規(guī)律，預測其未來發(fā)展趨勢。 空間擴散研究,定量地揭示各種地理現(xiàn)象，包括自然現(xiàn)象、經(jīng)濟現(xiàn)象、社會現(xiàn)象、文化現(xiàn)象、技術(shù)現(xiàn)象在地理空間的擴散規(guī)律。,空間行為研究，主要是對人類活動的空間行為決策進行定量的研究。 地理系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控研究,運用系統(tǒng)控制論的有關(guān)原理與方法，研究人地相互作用的地理系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)控問題，尋找人口、資源、環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的方法、途徑與措施。 地理系統(tǒng)的復雜性研究 。地理系統(tǒng)是高度復雜的巨系
10、統(tǒng)，其復雜系統(tǒng)研究已經(jīng)引起了國際地理學界的高度重視。,二、應用中應該注意的幾個問題,地理數(shù)據(jù)的篩選與質(zhì)量檢驗問題 地理數(shù)據(jù)在建模分析中的作用： 確定模型中的參數(shù)與初值； 檢驗模型的正確性、合理性和有效性。 模型的建造問題,數(shù)學方法和GIS的結(jié)合：,研究一些復雜的地理問題，需要綜合應用多種數(shù)學方法，建立一系列具有分析、模擬、仿真、預測、規(guī)劃、決策、調(diào)控等多種功能的眾多模型組成的模型系統(tǒng)。這些模型系統(tǒng)離不開GIS的支持。 GIS的基本技術(shù)及建造空間分析模型需要借助有關(guān)的數(shù)學方法來實現(xiàn)。近幾年來出現(xiàn)的基于知識的空間決策支持系統(tǒng)（蘇理宏等，2000）就是數(shù)學方法、人工智能技術(shù)與GIS技術(shù)在地理學應用研究領(lǐng)域中相互結(jié)合的成功典范。,
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