交通研究的方法论与方法

itslu

希望这个帖子能起到抛砖引玉的作用，激发大家对交通研究方法论的思考与提炼。我们不得不承认交通学科与其他学科相比年轻得多，知识没有形成理论化与体系。希望大家能提一提用过的或知道的研究交通的方法论与方法。
我现在正在用整体论的科学方法论研究交通流及其管理系统，采用的理论方法有复杂性科学和非线性科学。目前进展缓慢，还没有找到作过这方面工作的开创人物及代表论著，有共同兴趣的朋友可以一起讨论，上传一些有关这方面的丰碑人物和重要事件。

[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 16:13 编辑 ]

xjtuits

交通学科相比其他一些学科尽管年轻，但仍希望能够沿着正确的道路发展。对于客观世界的描述，真正有效的方法往往是最朴素的方法，让研究贴近实际，作有用的实在的研究，而不是陶醉于纯粹的科学“艺术”当中。我实在不明白一些学科里面用了很多高深的理论和方法，究竟对研究问题本身有多大意义？曾和一位师兄谈到现在控制科学里面的学术研究，有些研究对象已经超越了自然界和人类社会，现实中并不存在了，只有上帝才知道。：）
一家之言，本人学识浅薄，楼主不要扔我砖头：）

itslu

楼上没有正面阐述研究交通的方法论及方法啊，而是在发牢骚。：）
把你现在所用过的和知道的研究交通的方法列一下吧

水寿松

我们先来看看庄子与惠子的一段谈话。

　　庄子与惠子游于濠梁之上。
　　庄子曰：鲦鱼出游从容，是鱼之乐也。
　　惠子曰：子非鱼，安知鱼之乐？
　　庄子曰：子非我，安知我不知鱼之乐？
　　惠子曰：我非子，固不知子矣；子固非鱼也，子之不知鱼之乐，全矣！
　　庄子曰：请循其本。子曰“汝安知鱼乐”云者，既已知吾知之而问我。我知之濠上也。

二者的争论，历代都将其当作是诡辩术，但是日本诺贝尔奖得主汤川秀树在其《创造力与直觉》一书中引用了上述一段，指出这段话其实是代表中国古代就认识到人类有两种认知方法。
一类称为“经验+直觉”，庄子的认知方法是不论实证，因为他不是鱼，他无法去“测”鱼是不是快乐，所以得出这个结论是一种感觉、直觉，“觉得”鱼很快乐，这是无法证明的，但是，这是经验告诉大家的。用通俗的话说就是在多次经验之后突然领悟了一个道理，然后再到新的经验中去验证这个道理。过去的儒家、佛教、墨家、道家都是用这种方法的。
另一类称为“实证+推理”，惠子就是标准的西方的实证加逻辑推理的方法，认为凡是不能用实验证明，不能用推理认知的结果都不应承认。西方人科学的源头是希腊，起源是形式逻辑学方法。形式逻辑学方法最简单的代表是理科学，它把复杂事物简化为几个定理、几个公式，然后又用这些定理和公式推理出整个系统。欧洲文艺复兴时期人们开始发现只用形式逻辑学方法认识事物是不全面的，还应加上实验，这一结论终于诞生了现代自然科学。
从以上的两种认知方法来看，这两者差距在哪里呢？正如司法中的有罪认定和无罪认定，二者的差别很大，但实际上，大多数事件是既不能证明有罪，又不能证明无罪的。这两种认知方法与这个例子很相似，二者代表两个极端，因此有大量的事物存在于二者之间，既不能证明是对的，也不能证明是错的。
我们现在转过头来看看交通，历来做交通研究者，均为从自然科学的研究出发，强调交通的本质实验性，当然这也源于交通本身的缘起，来自工业时代以来人类移动行为的产生和发展，由于人类的主动性参与，使得交通成为了一个典型的开放性的复杂系统，但是，事实上，实验方法并不适合复杂事物的研究，因为做实验就要把事件简化成最基本的单元，要把复杂的情况都去除掉，在最纯粹的状态下做，这样的实验才能得出准确的、没有异义的结论，但这样做就把复杂事物变样了。所以西方自然科学或者说是现代自然科学就出现了问题，一旦做实验就把真实的复杂的事物变样了，得出的结果并不能推理出原来的复杂事物本身。
到目前为止，人们对于复杂性的事物研究方法已经总结出了几个要点：
    一是着重研究系统集成的方法对整体性质的影响。就是说对于一个复杂体系如何组装比基本单元本身更重要。
    二是着重研究各个部分之间的关系对整体性质的影响。就是说在复杂性事物中，部分之间的关系很重要。
    第三是寻找复杂系的“鞍点”或“敏感点”，以便用“四两拨千金”的方式改变体系的状态。就是说对复杂性科学来讲，着重研究的不仅是基本概念的性质，还有如何组装，如何排列，基本单元之间的关系怎么样等，而是要明确哪些地方是系统的敏感点。
    第四是寻找复杂体系的“特点”或“关键点”，以便用简捷的方式改变体系的状态。
至于楼主谈到用整体论的科学方法论研究交通流及其管理系统，采用的理论方法有复杂性科学和非线性科学，我个人觉得没有什么，要看你是想帖贴标签还有想有所作为？
首先经典物理中的热力学就是把一个体系作为一个整体来研究，而不去穷究它的内部作用机制。而Penrose研究黑洞也是如此，当然，从事实而言，黑洞内部究竟是什么，我们本身无从得知，谈不上什么“还原”、“分解”之类的。在量子力学建立之后，人们就更加强调整体观。Bohr提出了互补原理，这个原理和
中国的阴阳观念是相似的很。
对于二楼所言，我也深有同感，对于交通、生物或是其他复杂系统的研究，穷追不舍至今，发现人的自适应性无所不在，而对于人的自适应性的描述，目前似乎任何方法均无能为力，恐怕我们目前的数学都还不够！
我甚至相信真正的结论恐怕是：天知、地知、鬼知、你我不知！

itslu

多谢斑竹的回帖。博士这几年耗下去当然是想有所作为了。
正如我发这个帖子所说的“希望这个帖子能起到抛砖引玉的作用，激发大家对交通研究方法论的思考与提炼。我们不得不承认交通学科与其他学科相比年轻得多，知识没有形成理论化与体系。”
只是想把大家研究交通的方法整理一下，我觉得这个工作很有意义。
现在发表的论文里面重复工作太多了。

doluxx

关于复杂系统研究方法论，斑竹总结得精辟 !_!

handeben

为何在刚好我们生活其中的世界中，在实际上原因总是超前于效应；或换一种讲法，为何准确协同的粒子运动总是在某种物态的大尺度变化之后而不是之前呢？为了对这类事物有更好的描述，我必须引进熵的概念。粗略地讲，系统的熵是其呈现的无序的量度。（以后我会表达得更精确一些。）这样，碎玻璃杯和地板上溅开的水，是比桌子上完好的一满杯水具有更高的熵的态；搅拌的鸡蛋比新鲜的未打碎的蛋具有更高的熵；甜咖啡比淡咖啡以及未溶解的糖块的熵更大。低熵态似乎是某种以明显的方式“被特别地安排好”，而高熵态却没有那么“被特别地安排”,推而广之,交通研究是不是也可以引入“熵”这样一个概念呢?准确说:
应该是引入熵变和负熵的概念.
　“熵”是德国物理学家克劳修斯在１８５０年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。　　在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。如果把两个水库连接起来，并且其中一个水库的水平面高于另一个水库，那么，万有引力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水面升高，直到两个水库的水面均等，而势能也取平为止。　　因此，克劳修斯说，自然界中的一个普遍规律是：能量密度的差异倾向于变成均等。换句话说，“熵将随着时间而增大”。　　对于能量从密度较高的地方向密度较低的地方流动的研究，过去主要是对于热这种能量形态进行的。因此，关于能量流动和功－能转换的科学就被称为“热力学”，这是从希腊文“热运动”一词变来的。　　人们早已断定，能量既不能创造，也不能消灭。这是一条最基本的定律；所以人们把它称为“热力学第一定律”。　　克劳修斯所提出的熵随时间而增大的说法，看来差不多也是非常基本的一条普遍规律，所以它被称为“热力学第二定律”。 交通情况是一个开放系统,可以利用外界的负熵维持其有序发展,但如果负熵(可以定义为交通次序,规则或维持交通的人,物,道路等)低于熵增(交通过程中的运动主体车或人),就会提前走向无序,如何评价负熵的量度就是研究交通的钥匙了.
　齐拉德（Leo Szilard）对麦克斯韦妖作用的原理进行了较为深入的分析发表了齐拉德的一篇论文"精灵的干预使热力学系统的熵减少"。首先，齐拉德提出熵减一定以系统的某种物理量作为补偿，这一物理量的补偿实际上就是增加信息。齐拉德的工作是现代信息论的先导，他还提出了一个计算信息量的公式：
　　I=-k（W1lnW1+W2lnW2）
　　式中W是热力学几率。齐拉德还首次提出了"负熵"这个经典热力学中从未出现过的概念和术语。
熵在信息论的定义如下：
如果有一个系统S内存在多个事件
S = {E1,...,En},
每个事件的概率分布
P = {p1, ..., pn}，
则每个事件本身的信息为
Ie = - logpi
如英语有26个字母，假如每个字母在文章中出现次数平均的话，每个字母的信息量为
Ie = - log(1/26)=4.7
(对数以2为底，单位是比特）；而汉字常用的有2500个，假如每个汉字在文章中出现次数平均的话，每个汉字的信息量为
Ie = - logp(1/2500)=11.3
整个系统的平均信息量为
      _       _
Ie = ->i*Ie=->i*logpi
      -       -
这个平均信息量就是信息熵。因为和热力学中描述熵的玻耳兹曼公式一样，所以也称为熵
如果两个系统具有同样大的信息量，如一篇用不同文字写的同一文章，由于是所有元素信息量的加和，使用汉字的应用的汉字就比使用英文字母的使用的字母要少。所以汉字印刷的文章要比其他应用总体数量少的字母印刷的文章要短。即使一个汉字占用两个字母的空间，汉字印刷的文章也要比英文字母印刷的用纸少。
实际上每个字母和每个汉字在文章中出现的次数并不平均，因此实际数值并不如同上述，但上述计算是一个总体概念。使用书写单元越多的文字，每个单元所包含的信息量越大。
以上姑且算是一点浅薄的想法,贻笑大方.

huanghaijun

楼上:
The entropy maximization model is named EM model, well known in traffic engoneering. This model is used to estimate the OD matrix from observed link traffic flows. See any text book concerning transportation planning and management.

xiaoyuanwang

[ADMINOPE=水寿松|xiaoyuanwang|威望由 0 增加至 1|见解独到！|1133264140][这个贴子最后由xiaoyuanwang在 2005/11/29 07:26pm 第 1 次编辑]

要深究并挖掘一件事情的科学本质，能用简单的方法固然很好，但要往深邃处追究，恐怕还是离不开深刻的数学工具。这一点我在刚刚获得数学学位的时候理解的并不深刻，就像楼上的所言，觉得现在数学已发展的故弄玄虚、缥缈无边了。但随着数学研究的不断深入，应用领域的不断拓宽，发现其实不然。譬如拓扑学中局部凸空间中的很多抽象结论，当应用到博弈论研究中时，才会发现其巨大的作用。再譬如说在生物进化论的研究中，如果没有前沿数学工具、特别是微分方程的稳定性、极限环、混沌等理论的介入，那么也不会揭示出生态领域譬如消耗战这样一种深刻的结论，更不会有“基因”这样一种提法的出现。其它如数学中的泛函分析、测度论等，这都是数学系研究生和本科生从表面看来没什么用的东西，当真正深入到实际系统研究、特别是复杂系统研究的时候，总能迸发出巨大的威力。所以，我个人认为，纯理论工作者应积极的深入到社会生活的实践中找应用背景，而应用工作者则应主动运用更先进的数学工具，挖掘更深刻的物理。这也是我这些年工作的一些体会。
另外，生物学研究中有种群、生物链、生物圈的提法，交通中有交叉口、路段、路网的说法，经济领域也有对应的提法，之间是否有惊人的相似之处？！

irico

我发现楼上的王老师已经天地合一了。要想横跨理论研究和纵向实践可不是一件容易的事情，特别是在我们这个浮躁的社会。

大悟

认识到已不容易,要做到恐怕得待500年才世出的那人了

xiaoyuanwang

理论和实践的统一确实不易。实现这一方面，数学、特别是应用数学工作者确实具有得天独厚的优势。毕竟，一位36岁的数学博士想获得交通的博士学位，相对于一位36岁的交通博士想获得数学的博士学位，可要容易的多，而后者简直有点是不可能的。再者，工作认真、追根究底、骨头里挑刺，都是数学工作者的优点。不可否定的是，我们交通领域的许多工作人员，甚至很多博导、教授，都沉浸在浮躁的争课题、争项目运动中，这一点，确实跟基础工作者有差距，包括我个人在内。但只要我们认识并积极改正，那还是有希望的。
与楼上两位兄弟共勉！

itslu

说到争课题、争项目运动，不知道国外的机制是不是也是这样？现在中国高校的现状是老师没有课题就是等死，工资少得可怜，有课题就有钱，没课题什么都没有，所以大家争课题也是情理之中。曾经听人说过，香港好像是工资很高，课题经费只能用于研究，不能花费别的，所以老师可以安心搞研究，不用去跑课题。机制和体制更重要。

lovellhe1

好贴！！
想加一句：4楼的观点是否可与归纳/演绎两种方法相比？
似乎，大家对于具体的研究方法提的不多！！

moonholy

科学最后和哲学肯定是要联系的吧