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第一章 概论 1

1．1 计算地理学的缘起 1

1．2 计算地理学的主要方法范式 5

1．2．1 地学数据挖掘 5

1．2．2 空间运筹 6

1．2．3 基于自主体的模拟 6

1．2．4 元胞自动机 7

1．2．5 数值模拟 7

1．2．6 本体论 7

1．3 计算地理学的建模原理 8

1．4 地理计算的计算复杂性问题 11

第二章 地理数据挖掘原理 14

2．1地理学中的数据挖掘 14

2．1．1 数据分析与数据挖掘 14

2．1．2 数据挖掘的流程 15

2．2 数据挖掘方法 16

2．2．1 基本问题范畴 16

2．2．2 预测与逼近 16

2．2．3 知识发现 18

2．3 地理数据分析的特殊性 20

2．3．1 地理数据分析的问题特殊性 20

2．3．2 地理数据分析的数据性质特殊性 21

2．3．3 地理数据分析的数据类型特殊性 21

2．4 误差 22

第三章 常用数据处理方法 23

3．1 序列分析 23

3．1．1 平稳随机过程 24

3．1．2 自回归模型 25

3．1．3 滑动平均模型 26

3．1．4 自回归滑动平均法 27

3．1．5 指数平滑法 27

3．1．6 实例 28

3．2 插值 31

3．2．1 插值 31

3．2．2 拉格朗日插值和分段插值 31

3．2．3 三次样条插值 33

3．2．4 克里金估计 34

3．2．5 二维插值 36

3．3 拟合 37

3．3．1 线性拟合 37

3．3．2 曲线拟合 39

3．3．3 实例 40

3．3．4 曲面拟合 41

3．4 基于神经网络的预测模型 43

3．4．1 基于神经网络的预测模型的构建 43

3．4．2 实例 45

第4章 常用知识发现的方法 46

4．1 频谱分析 47

4．1．1 一维数据（信号）的傅里叶变换理论 47

4．1．2 二维数据的傅里叶变换理论 50

4．1．3 快速傅里叶变换 50

4．1．4 小波变换 53

4．1．5 滤波 54

4．2 空间关联分析 55

4．2．1 空间相邻矩阵 56

4．2．2 全局空间自相关检验 56

4．2．3 局部空间自相关检验 57

4．3 分类分析 60

4．3．1 贝叶斯分类 60

4．3．2 决策树分类 61

4．4 聚类分析 62

4．4．1 聚类分析的基本涵义 62

4．4．2 动态聚类讨论 63

4．4．3 递阶聚类讨论 64

4．4．4 聚类分析在GIS中的应用 68

4．5 突变分析 70

4．5．1 概率变点方法 70

4．5．2 Mann-Kendall方法 73

4．5．3 理解突变 74

第5章 空间运筹基础与地理网络 76

5．1 地理网络分析与计算基础 76

5．1．1 网络分析中的基本元素及属性 76

5．1．2 图论中的基本概念 78

5．2 最短路径问题 80

5．2．1 单源点非负权最短路问题 81

5．2．2 所有点间非负权最短路问题 82

5．2．3 单源点负权最短路问题 83

5．3 最小支撑树问题 85

5．4 流分析与计算 89

5．4．1 最大流问题 89

5．4．2 最小费用最大流问题 91

5．5 空间均衡分析：Tinbergen-Bos系统 92

5．5．1 Tinbergen-Bos系统的发展历程 92

5．5．2 Tinbergen-Bos系统 93

5．5．3 Kuiper-Paelinck模型 94

5．5．4 一般情形的Kuiper-Paelinck系统 96

第6章 设施区位问题与算法 100

6．1 基础设施区位问题 100

6．2 自由选址问题 101

6．2．1 空间无阻尼 102

6．2．2 空间有阻尼 102

6．2．3 自由选址模型的计算算法 103

6．3 布局问题 105

6．3．1 重心问题 106

6．3．2 中心问题 107

6．3．3 布局模型的算法 109

6．4 Voronoi图与设施区位问题 112

6．4．1 Voronoi图的定义 112

6．4．2 Voronoi图的特性 113

6．4．3 Voronoi模型与设施区位问题 114

6．4．4 Voronoi图的生成算法 115

6．5 特殊设施区位问题与算法 115

6．5．1 邻避型设施区位理论 115

6．5．2 邻避型设施区位的实用模型 117

6．5．3 层次型设施区位问题 119

6．6 网络环境设施区位模型 120

6．6．1 网络重心模型的基本结构及计算实现 121

6．6．2 网络中心模型的基本结构及计算实现 123

6．6．3 网络空间的反重心模型 125

6．6．4 网络空间的反中心模型 125

第7章 计算复杂性 127

7．1 计算复杂性问题 127

7．1．1 问题与算法 127

7．1．2 计算模型 128

7．1．3 P和NP问题 130

7．1．4 NP完全问题 130

7．1．5 NP-Hard问题 132

7．2 贪心算法 133

7．2．1 贪心算法的含义 133

7．2．2 贪心算法的基本要素 133

7．2．3 贪心算法的特点 134

7．3 回溯法 134

7．3．1 基本概念 134

7．3．2 回溯法的效益 138

7．4 蒙特卡罗算法 139

7．4．1 MC方法的基本思想 139

7．4．2 MC方法的应用 142

第8章 数值计算 145

8．1 数值优化 145

8．1．1 一维搜索——黄金比率法 145

8．1．2 梯度法（最速下降法） 147

8．1．3 有约束优化 148

8．2 常微分方程的数值方法 151

8．2．1 改进的欧拉公式 151

8．2．2 龙格－库塔方法（RK方法） 153

8．3 偏微分方程的一般数值解法 154

8．3．1 差分方法 154

8．3．2 椭圆型方程第一边值问题的差分解法 155

8．3．3 抛物型方程的数值解法 156

8．3．4 双曲线型方程的数值解法 157

8．4 误差及稳定性 159

8．4．1 误差的来源与分类 160

8．4．2 数值计算的原则 160

8．4．3 数值计算中的病态问题与条件数 161

8．4．4 算法的数值稳定性 162

第9章 地理计算中的非数值方法 165

9．1 蚁群算法 165

9．1．1 蚁群算法原理 165

9．1．2 蚁群算法描述 166

9．1．3 蚁群算法实现与特性分析 168

9．2 遗传算法 169

9．2．1 遗传算法原理及基本概念 169

9．2．2 遗传算法描述 171

9．2．3 遗传算法实现与特性分析 172

9．3 模拟退火算法 173

9．3．1 模拟退火算法原理 173

9．3．2 模拟退火算法描述 174

9．3．3 模拟退火算法实现与特性分析 176

9．4 案例分析：在全球升温曲线研究中的应用 177

9．4．1 全球升温模式研究的背景 177

9．4．2 全球升温的驱动力分解 178

9．4．3 基于遗传算法的参数估计 179

第10章 元胞自动机方法 182

10．1 元胞自动机简介 182

10．1．1 元胞自动机的发展 182

10．1．2 元胞自动机的基本理论 184

10．2 元胞自动机的建模解析 185

10．2．1 元胞（Ce11） 185

10．2．2 状态（State） 187

10．2．3 邻居（Neighbor） 187

10．2．4 规则（Ru1e） 189

10．3 地理计算中的元胞自动机建模 189

10．4 元胞自动机的地学案例分析——林火蔓延模拟 191

10．4．1 基于元胞自动机的林火模拟建模 191

10．4．2 系统开发及实现 193

10．5 元胞自动机建模软件简介 195

第11章 基于自主体模拟方法 196

11．1 地理学视角下的基于自主体模拟 196

11．1．1 基于自主体模拟 196

11．1．2 基于自主体模拟与地学复杂性 198

11．1．3 基于自主体模拟与元胞自动机的耦合 199

11．2 地理计算中基于自主体模拟建模解析 199

11．2．1 建模理论构架概述 199

11．2．2 地理环境自动机 200

11．2．3 个体自主体 201

11．2．4 组自主体 203

11．3 基于自主体模拟建模软件——GBASE设计开发 205

11．3．1 地理环境自动机Agent类的设计 205

11．3．2 个体自主体Agent类的设计 207

11．3．3 组自主体Agent类的设计 210

11．3．4 三个核心类之间的联系 212

11．4 实例：长江三角洲的旅游圈 213

11．4．1 模型的地理假设 213

11．4．2 旅游者自主体的行为设计 214

11．4．3 旅游规则 215

11．4．4 应用 216

11．4．5 讨论 218

第12章 地理计算平台开发 220

12．1 平台开发的设计思想 220

12．1．1 平台需求分析 220

12．1．2 平台系统设计 224

12．2 地理规划平台 226

12．2．1 规划平台的需求分析 227

12．2．2 实例：上海滨海旅游业战略规划系统设计 227

12．3 地学模拟平台 232

12．3．1 地学模拟平台概述 232

12．3．2 实例：气候保护政策模拟系统 233

12．4 实验人文地理学平台 238

12．4．1 实验人文地理学的一般原理 238

12．4．2 实验设计与平台的功能需求 243

12．4．3 实验人文地理学平台设计 245

第13章 地理问题的高性能计算 251

13．1 并行计算系统的体系结构 252

13．1．1 大规模并行处理（MPP） 252

13．1．2 集群计算系统 254

13．2 并行算法设计 256

13．2．1 并行计算系统的软件环境 256

13．2．2 并行的粒度 256

13．3 高分辨率遥感影像分析 257

13．3．1 城市区域的提取算法 257

13．3．2 高性能计算系统 257

13．4 空间相互作用模型的并行计算 259

第14章 计算环境与计算模式 261

14．1 计算环境 261

14．1．1 分布式计算 262

14．1．2 网格计算 263

14．2 网格环境下的地理计算模式 266

14．2．1 主从计算模式 266

14．2．2 C／S计算模式 267

14．2．3 汇聚计算模式 268

14．2．4 点对点（Peer-to-Peer，P2P）计算模式 270

14．3 新方向 272

14．3．1 PSE 272

14．3．2 网格GIS、云计算与地理信息服务 273

参考文献 275

索引 286