城市与区域系统分析实验教程

第1章城市与区域系统概念及特征

系统是由相互联系、相互作用、相互依赖的若干部分组合而成的、具有特定功能的有机整体。只有用普遍联系的、全面系统的、发展变化的观点观察城市和区域，才能把握其发展规律。全球化和地方化导致区域内城市之间既是竞争关系也是合作关系，城市问题不再是单一尺度问题，而是多层级的城市-区域系统问题。生态环境保护和社会经济发展的多重需要使得区域内城市之间必须优势互补、整体协调发展。城市问题不再是单一目标问题，而是多目标的城市一区域系统问题。系统科学的发展，特别是近几十年复杂系统理论的兴起，为城乡规划学科从系统的角度解析城市与区域问题提供了新的理论架构和方法支撑。本章主要介绍系统科学发展历程，并辨析城市与区域系统相关概念内涵。

1.1系统概念与系统科学发展历程

1.1.1系统的定义及特性

系统的英语“System”一词源于拉丁语“Systema”，是集合、群的意思。该词在古希腊时期已被应用，当时尚未具有明确的科学含义，主要用于表示“复杂事物的总体”。此后，“系统”的内涵在古代整体观和辩证唯物主义的基础上逐渐拓展，继承了“物质世界普遍联系”及“整体”的思想。20世纪30年代，“系统”正式成为一个科学概念，众多学者从不同角度和学科领域展开研究。

1937年，美籍奥地利生物学家贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）提出：系统是由一定要素组成、具有一定层次和结构、不断与环境发生联系的整体。1967年，日本工业标准（Japanese Industrial Standards,JIS）将系统定义为“许多要素保持有机秩序、向同一目的行动的东西”。1978年，我国著名科学家钱学森从工程角度将系统定义为“由相互作用和相互依赖的若干部分组成、具有特定功能的有机整体，而这个‘系统’本身又是它从属的一个更大系统的组成部分”。1984年，苏联哲学家苏沃洛夫（JI.H.CyBopoB)认为“系统是某种统一的、整体的共同性，由存在于某些关系中的大量要素构成”。1985年，美国学者克朗（R.M.Krone)提出“系统是由相互关联的要素组成的复杂集合”。

尽管学者们对系统的定义不尽相同，但可以成为共识的是：系统是由多要素构成的有机整体，要素之间相互联系、互相作用。同时在观察、总结大量实际系统性质及其变化规律的基础上，学界提炼出系统的基本特性，具体如下：

①整体性。系统内部各要素之间相互联系、相互制约，共同构成一个统一的整体，整体具有各要素所没有的新性质、新功能。

②层次性。系统的层次性体现在两个维度：一个是纵向层次性，即系统由要素构成，要素由更低一级的要素构成；另一个是横向层次性，即系统可以分为若干相互联系、相互制约又相对独立的平行部分。

③动态性。系统是开放的，时刻与外界进行物质、能量和信息的交换，并在与环境的相互作用中运动、变化、发展。

④稳定性。系统在一定内外干扰下不发生改变或改变后自动恢复至原有状态，但当干扰力超过系统承受的阈值时，系统将发生不可恢复的变化。

1.1.2系统科学发展历程

系统概念是近代科学在前人理论基础上发展出来的。系统概念的形成经历了早期的整体观、机械的还原论以及综合的系统论三个阶段。系统科学中的整体思想最早可追溯至古希腊和古代中国的整体思想。当时的思想家普遍认为世界是由统一的物质本原构成，世界是一个统一的整体。希腊哲学家亚里士多德（Aristotle)指出“整体功能大于部分功能之和”，但此时的整体思想只是一种整体的观念，并未深入考虑系统的组成部分。

自15世纪始，近代自然科学逐渐发展，研究对象通常被分解为多个独立的部分，使用分析、归纳等方法进行分类研究。这种研究方法的盛行改变了人们观察事物的思维逻辑，引发了16-18世纪的科学思潮。人们一改往常整体的、系统的观察方法，取而代之的是将整体分解为部分，将系统拆分为元素，并进行分门别类的研究，这种研究思维被称为机械还原论。

19世纪中叶，著名生物学家达尔文（C.R.Darwin)创立生物进化学说，这是科学领域的一次革命。生物有机体成为研究的热点，其系统性、整体性、有机性、复杂性给还原论的应用带来挑战。随着生产力的发展，许多大型的、复杂的工程技术和社会经济问题以系统的特征在20世纪涌现，并要求从整体上加以优化解决。此类现实需求推动自然科学、社会科学和工程技术的结合，从系统的结构和功能角度研究客观世界的系统科学便应运而生。

系统科学将研究对象视为完整的系统，分析其结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变化规律，从不同侧面揭示客观物质世界的本质联系和运动规律，是对现代科学研究从个体水平上升至复杂系统水平的适应。

系统科学的发展，改变了侧重逻辑分析的思维方式在近代自然科学的主导地位，开启了系统综合思维方式的科学时代。按照发展时间和研究内涵，诺贝尔奖获得者西蒙（H.ASimon)教授和众多学者，主张将系统科学的发展历程概括为“三次兴趣波”或“三次浪潮”。

本书是南京大学城乡规划专业核心课程《城市与区域系统分析》以及中国大学慕课《探寻城市数字密码》的配套实验教材，通过生动的分析案例和详细的操作说明使读者掌握运用R语言进行城市与区域规划相关定量分析的能力。本书以城市与区域规划中常用定量分析方法(数理统计方法)为主线，以城市与区域规划相关基础数据的获取、数据处理、描述统计、回归分析、数据表达等一整套分析方法为核心，以规划应用为落脚点。主要内容包括：城市与区域规划相关基础数据的采集与预处理、数据描述统计和推断、相关分析、线性回归、逻辑斯蒂回归、泊松回归、聚类分析、主成分分析和因子分析、结构方程模型和时间序列分析。