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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 PSE272

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