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1、现代地理学中的第1页，共20页，编辑于2022年，星期日一、一、现代地理学中的数学方法现代地理学中的数学方法形成和发展形成和发展 地理学地理学是一门古老的学科，早在我国战国前后和古希腊、古罗马时代就开始萌芽，至今已有2000 多年的发展历史。纵观地理学的发展史，可划分为三个基本阶段：古代地理学，是农牧业社会的产物，以地理知识的记载为主体；近代地理学，是工商业社会的产物，是一种对各种地理现象进行条理化归纳，并对其间的关系作解释性描述的多分支知识体系；现代现代地理学，是新的科学技术社会，即信息社会的产物，它把地地理学，是新的科学技术社会，即信息社会的产物，它把地理环境及其与人类活动的相互关系看作统
2、一的整体，采用定理环境及其与人类活动的相互关系看作统一的整体，采用定性与定量相结合的方法，规范研究与实证研究并举，以解释性与定量相结合的方法，规范研究与实证研究并举，以解释各种地理现象的内在机制并预测其未来演变的科学。各种地理现象的内在机制并预测其未来演变的科学。第2页，共20页，编辑于2022年，星期日 在现代地理学中运用数学方法，则是为了更进一步深入地进行定量化研究，以揭示地理现象发生、发展的内在机制及运动规律，从而为地理系统的预测及优化调控提供科学依据。现代地理学中的数学方法的出现，反映了地理学朝着定量化方向发展的新趋势。这种新趋势就是在地理学研究中，以定量的精确判断来补充定性的文字描述
3、以定量的精确判断来补充定性的文字描述的不足；以抽象的、反映本质的数学模型去刻划具的不足；以抽象的、反映本质的数学模型去刻划具体的、庞杂的各种地理现象；以对过程的模拟和预体的、庞杂的各种地理现象；以对过程的模拟和预测来代替对现状的分析和说明；以合理的趋势推导测来代替对现状的分析和说明；以合理的趋势推导和反馈机制分析代替简单的因果关系分析；以最新和反馈机制分析代替简单的因果关系分析；以最新的定量化技术革新地理学的传统研究方法。的定量化技术革新地理学的传统研究方法。第3页，共20页，编辑于2022年，星期日二、数学方法在现代地理学研究中二、数学方法在现代地理学研究中 的应用的应用（1 1）分布型分析
4、。）分布型分析。这类研究，主要是对地理要素的分布特征及规律进行定量分析。譬如，运用平均值、方差、标准差、变异系数、峰度、偏度等统计量描述地理要素的分布特征；运用概率函数研究地理要素的分布规律；等等。第4页，共20页，编辑于2022年，星期日（2 2）相互关系分析）相互关系分析。这类研究，主要是对地理要素、地理事物之间的相互关系进行定量分析。譬如，运用统计相关分析方法定量地揭示地理要素之间的相关程度；运用灰色关联分析方法揭示地理事物之间相互联系的密切程度；运用回归分析方法给出地理要素之间相关关系的定量表达式；运用投入产出分析方法定量分析区域经济系统中各个产业之间的相互联系；等等。第5页，共20页
5、，编辑于2022年，星期日（3 3）类型研究。）类型研究。主要是对地理事物的类型和各种地理区域进行定量划分。譬如，运用模式识别方法、判别分析方法、聚类分析方法等定量地研究土地类型、地带及自然区和经济区的划分问题等。第6页，共20页，编辑于2022年，星期日（4 4）网络分析。）网络分析。主要是对水系、交通网络、行政区域、经济区域等的空间结构进行定量分析。在地理网络分析中，几何学方法和图论方法是常用的主要方法。譬如，交通网络中结点之间的接近度、可达性、最短路径，及最大流与最小运费流，以及行政或经济区域中的城镇体系及其等级-规模等问题的研究，均属于网络分析的范畴。第7页，共20页，编辑于2022年
6、，星期日（5 5）趋势面分析。）趋势面分析。趋势面分析，就是运用适当的数学方法计算出一个空间曲面，并以这个空间曲面去拟合地理要素分布的空间形态，展示其空间分布规律。这种空间曲面就称之为趋势面。趋势面分析所采用的数学方法通常是回归分析方法。其分析的步骤是：首先运用回归分析方法拟合出所要分析的地理要素的趋势面方程，然后以趋势面方程计算出每一个地理测点上的该地理要素的趋势值，并以一定的间隔画出趋势等值线图。这种趋势等值线图就展示了所要分析的地理要素的空间分布规律。第8页，共20页，编辑于2022年，星期日（6 6）空间相互作用分析。）空间相互作用分析。主要是定量地分析各种“地理流”在不同区域之间“流
7、动”的方向与强度。譬如，运用线性规划方法研究某个大区域中各个小区之间的货流问题；运用投入产出分析方法研究各个区域之间产品的流动及分配与消费问题；运用一些已经建立的理论模式研究不同区域之间的人口流动问题、商品购销问题；等等。第9页，共20页，编辑于2022年，星期日（7 7）系统仿真研究。）系统仿真研究。就是针对复杂的地理问题即对象系统，在对各种系统要素之间的相互关系与反馈机制分析的基础上，构造系统结构，建立描述系统的数学模型，并以适当的计算方法与算法语言将数学模型转化为计算机可以识别与运行的工作模型，通过模型的运行，对真实系统进行模拟与仿真，从而达到揭示系统的运行机制与规律的目的。实践证明，系
8、统动力学方法是地理系统仿真研究中可供借鉴的一种有效方法，它为许多复杂地理问题的研究提供了一种可供尝试的途径。第10页，共20页，编辑于2022年，星期日（8 8）过程模拟与预测研究。）过程模拟与预测研究。任何地理事物、地理现象，都随着时间在不断地运动和变化着，即经历着特定的地理过程。这类研究，旨在通过对地理过程的模拟与拟合，定量地揭示地理事物、地理现象随时间变化的规律，从而对其未来发展趋势作出预测。在地球表层系统中，主要的地理过程包括气候过程、水文过程、生物过程、地貌过程、生态-环境过程、经济过程、社会过程、文化过程等。对于这些过程的模拟与预测研究，经常采用的数学方法有回归分析法、马尔可夫方法
9、、灰色建模方法、系统动力学方法等。第11页，共20页，编辑于2022年，星期日（9 9）空间扩散研究。）空间扩散研究。这类研究，旨在定量地揭示各种地理现象，包括然现象、经济现象、社会现象、文化现象、技术现象在地理空间上的扩散规律。譬如，坡面泥流运动、各种污染物在水体和大气中的扩散、各种经济现象的集聚与扩散、文化与技术的传播等问题，都属于空间扩散研究的范畴。这类研究，经常采用的方法有微分建模方法、数学物理方法、蒙卡罗模拟方法等。第12页，共20页，编辑于2022年，星期日（1010）空间行为研究。）空间行为研究。主要是对人类活动的空间行为决策进行定量的研究。譬如，资源利用与环境保护问题、经济活动
10、的空间组织问题、产业布局的区位问题、城乡区域规划问题等都属于空间行为研究的范畴。这类研究，经常采用的数学方法有数学规划方法，如线性规划、多目标规划、多维灰色规划方法等，以及决策分析方法，如AHP 决策分析方法、风险型决策方法、非确定型决策方法、模糊决策方法、灰色局势决策方法等。第13页，共20页，编辑于2022年，星期日地理要素间的相关分析地理要素间的相关分析 地理要素之间的相关分析的任务，是揭示地理要素之间相互关系的密切程度。而地理要素之间相互关系的密切程度的测定，主要是通过对相关系数的计算与检验来完成的。第14页，共20页，编辑于2022年，星期日实例 相关系数的计算 对于两个要素x 与y
11、，如果它们的样本值分别为xi 和yi（i=1，2，n)，则它们之间的相关系数被定义为：（1）第15页，共20页，编辑于2022年，星期日 在（1）式中，x和y分别表示两个要素样本值的平 均值，即 =，=rxy为要素与之间的相关系数，它就是表示该两要素之间相关程度的统计指标，其值在-1，1区间之内。rxy0，表示正相关，即两要素同向发展；rxy 0，表示负相关，即两要素异向发展。rxy的绝对值越接近于1，表示两要素的关系越密切；越接近于0，表示两要素的关系越不密切。第16页，共20页，编辑于2022年，星期日如果记：则公式（1）可以进一步简化为第17页，共20页，编辑于2022年，星期日（2）如果问题涉及到x1，x2，xn 等n 个要素，则对于其中任何两个要素xi 和xj，我们都可以按照公式（1)或（2式计算它们之间的相关系数rij，这样就可得到多要素的相关系数矩阵：第18页，共20页，编辑于2022年，星期日（3）显然，由公式（1)或（2)式容易知道：（1)rii=1（i=1，2，n)，即每一个要素xi与它自己本身的相关程度最大；（2)rij=rji（i，j=1，2，n)，即第i个要素（xi)对第j 个（xj）的相关程度，与第j个要素（xj)对第i 个要素（xi)的相关程度相等。第19页，共20页，编辑于2022年，星期日第20页，共20页，编辑于2022年，星期日