Understanding the mesoscopic scaling patterns within cities
了解城市要素之间的定量关系对于广泛的应用至关重要。宏观层面的观察表明，城市总量（例如，国内生产总值（GDP）与城市间的人口规模成比例，也称为城市比例定律。然而，在中观层面上，我们缺乏了解是否简单的缩放关系，在城市内部，这是一个基本的问题，在城市系统中的缩放的空间起源。在这里，通过分析四个广泛的数据集，涵盖数百万手机用户和城市设施，我们调查城市内的缩放现象。我们发现，中观基础设施的体积和社会经济活动的规模次和超线性的活跃人口，分别。然而，对于同一种标度现象，在人口规模相似的城市中，指数却有所不同。为了解释这些经验观察，我们提出了一个概念框架，考虑到人口和设施的异质分布，以及它们之间的空间相互作用。分析和数值计算结果表明，尽管大量的复杂性，影响城市活动，简单的相互作用规则可以有效地解释所观察到的规律性和异质性，在城市内的缩放行为。
2020-11-26 physics.soc-ph
The light pollution as a surrogate for urban population of the US cities
我们发现，城市边界的定义可以有一个显着的影响的缩放行为的夜间光（NTL）作为人口（POP）在美国。准确地说，我们的研究结果表明，任意的地缘政治定义的基础上的大都市/统一的大都市统计区（MSA/CMSA）导致次线性幂律增长的NTL与POP。另一方面，当城市被定义为根据一个更自然的聚集标准，即城市聚类算法（CCA），一个等距关系出现之间的NTL和人口。这种差异与以前的研究结果是一致的，表明不同城市边界的不同定义的各种城市指标与人口的缩放行为可以有很大的不同。此外，考虑到CCA的定义比MSA/CMSA的定义更充分，因为前者不违反土地人口和其产生的集群面积之间的预期扩展性，我们的结论是，在不失一般性的情况下，光污染和人口的CCA措施可以互换使用在未来的研究。
2017-06-16 physics.soc-ph
Scaling properties of firearm homicides in Brazilian cities
最近的定量方法研究城市生活和基础设施的几个方面已经表明，规模属性允许了解城市基础设施和城市中的人类活动的许多功能。在这项工作中，对巴西城市火器凶杀案的数据进行了分析，城市网络的复杂性的基础上。由于巴西人口和城市的多样性，这是对最近提出的理论的一个有趣的测试。得到了凶杀案数量与城市人口的超线性幂律关系，其指数为$β=1.15$。分形结构可以形成在城市以及在较大的网络的假设进行了测试，表明确实自相似性可能会被发现在网络连接几个城市。
2019-05-27 physics.soc-ph
The Area and Population of Cities: New Insights from a Different Perspective on Cities
城市人口的分布吸引了大量的关注，部分原因是它严重制约了地方增长模式。然而，直到今天，对于最上尾以下的分布还没有达成共识，因为现有的数据需要依赖于中小城市的“法律”而不是“经济”城市定义。为了解决这一困难，在这项工作中，我们构建城市“自下而上”通过聚类从高分辨率数据获得的人口稠密地区。这种方法使我们能够调查人口和城市面积的城市群的各种规模的使用聚类方法从渗流理论。我们发现，齐普夫定律（指数接近1的幂律）适用于美国12，000居民和英国5，000居民的城市。此外，城市面积的分布也接近齐夫定律。我们提供了一个简约的模型与内生的城市面积是一致的，这些发现。
2016-03-28 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Large cities lose their growth advantage as countries urbanize
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Complexity Science Hub Vienna（维也纳复杂性科学中心）；Leibniz Institute of Ecological Urban and Regional Development（莱布尼茨生态城市与区域发展研究所）；Transforming Economies Lab, Interdisciplinary Transformation University Austria (IT:U)（奥地利跨学科转型大学（IT:U）经济转型实验室）
研究发现城市增长有生命周期特征，早期大城市增长快，后期增速趋于平等，预测2100年超百万人口城市将居住38%的世界人口。
2026-03-28 physics.soc-ph
Detecting Early-warning signals in Time Series of Visits to Points of Interests to Examine Population Response to COVID -19 Pandemic
本文的目的是通过检测访问兴趣点（POI）的时间序列中的预警信号，研究人口对COVID-19的反应和相关的政策干预。复杂系统，如城市，当它们接近相变响应外部扰动，包括危机，政策变化和人类行为变化时，会显示出预警信号。在城市系统中，对POI的人口访问代表城市这一复杂系统中的一种状态。由于人口对大流行风险的反应和干预政策，这些状态可能经历相变。在这项研究中，我们进行了预警信号检测的人口访问的POI，以检查人口对流行病风险的反应。我们研究了两个预警信号，增加自相关在滞后1和标准差，在美国的17个大城市的人口访问POI的时间序列。结果表明：（1）2020年2月14日至3月11日期间，17个城市检测到COVID-19人群反应预警信号;（2）17个城市检测到人群反应早于就地安置命令;（3）从必要POI访问中检测到的预警信号早于从非必要POI访问中检测到的预警信号;和4）检测到的人口反应和庇护所的地方订单之间的时间滞后较长，导致减少POI访问。研究结果表明，城市作为一个复杂系统，在发生危机时，预警信号的检测具有重要意义。早期预警信号可以提供关于人口对危机作出反应的时间和程度的重要见解，以供决策者参考。
2020-08-10 physics.soc-ph
Multifractal analysis of racially-constrained population patterns and residential segregation in the US cities
本文提出一种基于多重分形分析的方法，量化美国城市中种族受限人口的居住模式与隔离程度，并在十四个城市中识别出三类不同的隔离特征。
2024-07-20 physics.soc-ph
Indirect Evidence of Network Effects in a System of Cities
我们描述了一个简单的空间模型的城市增长系统的城市在宏观尺度上，它结合了城市之间的直接相互作用和间接影响的物理网络流的人口增长的驱动力。该模型是参数化的人口数据为法国系统的城市之间的1831年和1999年，其中强非平稳性的相关模式建议应用该模型的本地时间窗口。使用遗传算法的模型的相应的校准提供的相互作用过程和网络效应的演变的时间。此外，增加网络模块时的拟合改善在控制额外参数时表现出有效性，这证实了模型揭示城市系统中网络效应的能力。
2018-04-25 physics.soc-ph
Modeling the co-evolution of cities and networks
网络和地域之间相互作用的复杂性已被广泛认可，特别是通过其共同发展中存在的循环因果关系，这可以被理解为共同进化。这一贡献的目的是调查模型，内生这种共同进化，在特定的情况下，城市和交通网络。我们介绍了一个家庭的城市系统在宏观尺度上的协同进化模型。城市之间的相互作用是人口增长率的主要驱动力，在第一阶（直接相互作用）中捕获网络效应。网络增长遵循需求诱导的阈值增长方案，可以在全球一级或局部发生。对城市综合系统的探索表明了该模型捕捉协同演化模式的能力。我们将该模型应用于法国城市系统，人口数据跨越1831-1999年和动态铁路网络（1850-2000年）。该模型在连续的时间窗口上进行校准，假设局部时间平稳性。我们提取其中的间接知识的基本过程，并发现在某些情况下，城市人口的预测相比，静态模型得到改善。
2018-09-05 physics.soc-ph
Modelling human activities in a system of cities
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；University of Reading（雷丁大学）；Université Catholique de Louvain (UCLouvain)（天主教鲁汶大学）
本研究利用DAVE模型模拟瑞士瓦德和日内瓦地区的人口行为和移动模式，验证了通过居民行为统计数据驱动城市系统建模的可能性，并展示了可持续性和健康指标的分析。
2026-02-13 physics.soc-ph
Digital cities and the spread of COVID-19: characterizing the impact of non-pharmaceutical interventions in five cities in Spain
本研究开发了一个高分辨率、数据驱动的基于智能体的模型，用于模拟COVID-19在西班牙五个城市中的传播，并评估非药物干预措施的效果，为决策提供模拟工具。
2022-12-13 physics.soc-ph
Interplay between intra-urban population density and mobility in determining the spread of epidemics
在这项工作中，我们解决了城市地区人口密度中心之间的联系，以及这些中心之间的人流的性质，在塑造传染病发病的脆弱性。对四大洲163个城市进行的一项研究显示了一个普遍趋势，即在人口流动主要集中在高人口密度中心之间的城市，人类流动引起的风险增加。我们将我们的形式主义应用于SARS-COV-2在美国的传播，为观察到的城市间传播过程的异质性提供了一个合理的解释。有了这一见解，我们提出了现实的缓解策略（比封锁不那么严重），基于修改城市的流动性。我们的研究结果表明，最优控制策略涉及一个不对称的政策，限制进入最脆弱的地区，但允许居民继续他们通常的流动模式。
2021-02-01 physics.soc-ph
Deconstructing laws of accessibility and facility distribution in cities
汽车时代通过昂贵的旅行和明显的环境影响严重降低了城市生活的质量。新的城市规划模式必须成为我们未来路线图的核心。在那里，居民可以在几分钟内通过自行车或步行获得他们的基本生活需求。在这项工作中，我们提出了新的见解之间的相互作用的分布设施和人口，最大限度地提高现有的道路网络的可达性。六个城市的结果表明，通过重新分配设施，旅行费用可以减少一半。在最优方案中，平均出行距离可以建模为设施数量和人口密度的函数形式。作为这一发现的应用，它是可能的，以达到一个理想的平均旅行距离给定的城市人口分布估计所需的设施的数量。
2020-07-17 physics.soc-ph
Constructing cities, deconstructing scaling laws
城市可以通过不同的城市措施来描述和建模。这些观测数据的一致性对于推进城市科学至关重要。Bettencourt等人提出，这些城市测量中的许多都可以通过普适的尺度律来预测。我们开发了一个框架来一致地定义城市，使用通勤和人口密度阈值，并构建了数千个英格兰和威尔士不同边界的城市系统的实现。这些数据库可作为一个实验室，用于对大量城市指标进行比例分析。分析表明，人口规模本身并不能提供足够的信息来描述或预测一个城市的状态，如以前提出的，这表明预期的比例律没有得到证实。我们发现，无论城市边界的定义如何，大多数城市指标都与城市规模呈线性关系。然而，当存在非线性相关性时，指数波动相当大。
2014-10-20 physics.soc-ph
The non-linear health consequences of living in larger cities
城市化促进了经济、流动性、资源的获取和可用性，但另一方面，也产生了更严重的污染、暴力、犯罪和精神痛苦。人们还不完全了解人们聚居在一起对健康造成的后果。特别是，目前尚不清楚各城市人口规模的变化如何影响人口的健康。我们分析了偏离线性缩放的几个健康相关的数量，如疾病的发病率和死亡率，死亡的外部原因，福祉和医疗保健的可用性，在巴西，瑞典和美国的城市的人口规模。我们发现，非传染性疾病造成的死亡在大城市往往相对较少，而传染性疾病的人均发病率随着人口规模的增加而相对较高。在大城市，更健康的生活方式和医疗支持的可获得性相对较高。这些结果与人力和物力资源的最佳化以及人口较多的社交网络的非线性效应有关。城市在健康方面的优势并不明显，使用比率作为指标来比较不同人口规模的城市可能是不够的。
2015-06-09 physics.soc-ph stat.AP
Cross-sectional Urban Scaling Fails in Predicting Temporal Growth of Cities
许多城市指标与城市人口的幂律比例，但横截面比例律是否适用于单个城市的时间增长尚不清楚。在这里，我们首先发现两个矛盾的缩放关系，城市建成区与人口在城市之间呈次线性缩放，但在大多数单个城市中，随着时间的推移与人口呈超线性缩放，因为城市土地扩张快于人口增长。不同的城市具有不同的时间尺度指数，一个城市甚至在两个时期内具有相反的时间尺度制度，有力地支持了单一的时间尺度的缺失，并进一步说明了横截面城市尺度在预测城市的时间增长的失败。我们提出了一个概念模型，可以澄清的本质区别，也连接之间的横截面标度律和城市的时间轨迹。我们的模型表明，城市有一个额外的增长，随着时间的推移，除了假定的增长预测的横截面缩放定律。不同规模城市间的额外增长差异改变了横截面标度指数。对国内生产总值和其他指标的进一步分析证实了横截面和时间尺度关系之间的矛盾以及概念模型的有效性。我们的发现可能会为城市科学开辟一条新的道路。
2019-10-17 cs.SI physics.soc-ph
Income Inequalities Increase with City Size: Evidence from French Data
本研究基于法国城市数据，发现收入分布呈类似 Gumbel 的普适形式且不同收入十分位标度指数不同，从而证明大城市收入不平等更高，并用玩具模型再现部分规律。
2023-06-04 physics.soc-ph
Revealing spatio-temporal interaction patterns behind complex cities
本文利用大规模手机数据构建时空交互网络，揭示城市在活跃与休眠状态间切换、人口异质性随规模增大等普遍规律，并提出时间—人口加权机会模型以解释和预测城市时空交互模式。
2022-06-07 physics.soc-ph
Nonuniform and inequitable healthcare accessibility losses during flooding-amplified congestion across US cities
Northeastern University（东北大学）；Institute of Technology Gandhinagar（甘地纳加尔理工学院）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
研究美国30个人口最多城市洪灾加剧拥堵时医疗可及性损失，发现其受多种因素影响，损失程度不一，还加剧空间不平等，针对性防洪方法比通用策略更有效，能助城市从类似地区学习。
2026-07-21 physics.soc-ph
Universal Predictability of Mobility Patterns in Cities
尽管对人类流动进行建模的历史很长，但我们仍然缺乏一种高度准确的方法来预测城市中的流动模式。在这里，我们提出了一个人口加权的机会模型，没有任何可调参数，以捕捉潜在的驱动力占人类流动模式在城市规模。我们使用从许多具有不同特征的城市收集的各种移动数据来证明我们模型的预测能力。我们发现，只要人口的空间分布是可用的，我们的模型提供了普遍的预测流动模式与真实的观察，包括距离分布，目的地旅行的限制和流量。相比之下，成功模拟各国流动模式的模型并不适用于城市，这表明在不同的空间尺度上存在着人类流动的多样性。我们的模型在与城市中的移动行为相关的许多领域中具有潜在的应用，而不依赖于以前的移动测量。
2014-08-25 physics.soc-ph
Test of two hypotheses explaining the size of populations in a system of cities
对城市系统中人口增长的两个经典假设进行了检验：假设1属于Gibrat和Zipf的理论，即城市增长-衰退过程与规模无关;假设2属于所谓的Yule过程，该过程指出城市人口的增长发生在（i）城市人口初始规模的分布服从对数正态函数，（ii）沉降的增长遵循随机过程。测试的基础是保加利亚城市在不同时期的一些官方数据。之所以选择这一系统，是因为（一）保加利亚是一个国家，人们不期望有偏见的理论条件;（二）城市人口确定得相当精确。本研究结果表明：（i）保加利亚城市的人口规模增长是规模依赖的，假设1在保加利亚没有得到证实;（ii）保加利亚城市的人口规模增长可以用双帕累托对数正态分布来描述，假设2在保加利亚城市系统中是有效的。预计这项精细的研究将为各国其他通常被认为更相关的城市系统带来一些信息和启示。
2015-06-29 cs.SI physics.soc-ph stat.AP
Large cities are less green
我们研究城市质量如何随着城市群的发展而因二氧化碳排放而演变。我们采用了自下而上的方法，结合了美国大陆人口和二氧化碳排放量的两个前所未有的微观数据。我们首先使用城市聚类算法（CCA）将彼此靠近的定居点聚集到城市中，定义行政边界以外的城市。然后，我们使用$\rm{CO}_2$排放数据在一个精细的地理尺度，以确定每个城市的总排放量。我们发现一个超线性标度行为，由幂律表示，$\rm{CO}_2$排放量和城市人口之间的平均异速生长指数$β= 1.46$在美国所有城市。这一结果表明，与小城市相比，大城市的高生产率是以排放量成比例增加为代价的。此外，我们的结果是从那些获得的标准的行政定义的城市，即大都市统计区（MSA）有很大的不同。具体来说，MSA显示等距缩放排放，我们认为，这种差异是由于高估MSA领域。结果表明，异速生长研究的基础上，行政边界来定义城市可能会遭受内的偏见。
2014-06-16 physics.soc-ph
Cities Reconceptualized: Unveiling Hidden Uniform Urban Shape through Commute Flow Modeling in Major US Cities
本研究通过建模美国多城市通勤流，发现重新定义的城市空间中人口分布趋于对数正态分布，揭示了城市系统的基本组织原则，为规划高效韧性城市提供依据。
2024-11-08 physics.soc-ph stat.AP
Population size and centrality effects on NO2 air pollution across and within European cities
University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of Rouen（鲁昂大学）
通过地面监测站和卫星数据，研究欧洲378个城市中NO2浓度随人口规模和距市中心距离的幂律关系，发现总污染与(N/r)^0.16成正比，揭示了城市空气污染的空间分布规律。
2026-05-27 physics.soc-ph
Scaling of Street Network Centrality with City Population
研究分析5,000多座巴西城市，揭示街道网络平均接近中心性随人口呈 $N^{-0.38}$ 亚线性标度，并结合 Molinero & Thurner 模型解释扩张中的效率与可达性权衡。
2025-02-18 physics.soc-ph
Where diverse populations gather: Transit accessibility and the spatial structure of social mixing
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文研究了交通可达性如何影响特定地点的访客多样性，发现交通可达性与访客多样性正相关，但这种关系仅在大城市中显著，而在较小的城市中则不显著，且交通多样性热点集中在低多样性场所。
2026-05-19 physics.soc-ph
Fractal-Based Exponential Distribution of Urban Density and Self-Affine Fractal Forms of Cities
城市人口密度服从指数分布，可用克拉克模型描述。因此，城市人口的空间分布常被认为是非分形的。然而，克拉克模型在数学上不同于指数函数，因为城市人口分布是在地形地貌和土地利用形式的分形支持下进行的。通过数学变换和经验证据，我们认为城市密度指数分布背后存在自仿射标度关系和局部幂律。克拉克模型中表征城市特征半径的尺度参数并不是一个常数，而是依赖于我们所定义的城市场。因此，指数模型反映了具有两种分形参数的局部分形结构。这些参数可以用来表征城市空间填充、空间相关性、自仿射性和自组织演化。以杭州市为例，验证了理论推论的正确性。在实证分析的基础上，提出了城市三环模型，将城市从核心到外围划分为三个层次。城市中尺度区和非尺度区交替出现。该模型可为今后的城市研究和城市规划提供参考。
2016-06-14 physics.soc-ph
How congestion shapes cities: from mobility patterns to scaling
最近的城市数据的可用性，使科学家展示缩放呈现自己的形式幂律依赖于人口的各种社会经济和结构指标。我们在这里提出了一个动态的，随机的城市增长理论，占一些观察到的缩放，我们证实了这些结果对美国和经合组织的经验数据。特别是，我们表明，依赖与人口规模的总里程数每天驾驶，道路网络的总长度，总交通延误，汽油的总消费量，排放的$CO_2$的数量和城市的面积和人口之间的关系，都是由一个单一的参数，其特征在于对拥堵的敏感性。最后，我们的研究结果表明，与拥堵规模超线性与人口规模相关的不经济，这意味着，尽管多中心，城市的交通基础设施严重依赖于交通敏感模式是不可持续的。
2014-07-17 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Urban Scaling of Cities in the Netherlands
我们调查了荷兰所有人口超过5万的城市的社会经济规模行为，发现城市生产总值与人口规模之间存在显著的超线性关系。在这些城市中，22个大城市有荷兰中央统计局界定的城市群和城市地区。对于这些主要城市，我们研究了三种不同模式的超线性尺度：城市定义为直辖市，城市群和城市地区。我们发现超线性幂律指数约为1.15。但值得注意的是，如果我们将同样规模的人口聚集与城市作为直辖市进行比较，这两种类型的聚集都表现不佳。也就是说，作为一个正式市政当局的城市系统，与具有相同人口规模的城市群相比，表现得更好。这种影响对第二类聚集区，即城市地区来说更大。我们认为这一发现对城市政策，特别是市政重组具有重要意义。残差分析表明，最近和过去几十年进行市政重组的城市比没有进行市政重组的城市表现更好的可能性更高。
2015-08-16 nlin.AO physics.soc-ph
Scaling evidence of the homothetic nature of cities
University of Luxembourg（卢森堡大学）
本文通过分析欧洲城市土地利用和人口密度与市中心距离的关系，发现不同规模城市在土地利用和人口密度上呈现同源性质，揭示了城市尺度的自相似性。
2017-04-21 econ.GN physics.soc-ph q-fin.EC
Percolation analysis of spatiotemporal distribution of population in Seoul and Helsinki
该研究利用渗流框架分析首尔和赫尔辛基人口分布的日内变化，揭示白天与夜间高人口密度簇在规模、幂律指数和分形维数上的差异。
2025-01-12 physics.soc-ph
More crime in cities? On the scaling laws of crime and the inadequacy of per capita rankings -- a cross-country study
人均犯罪率几乎在所有地方都被用来对城市进行排名和比较。然而，它们的使用依赖于一个强烈的线性假设，即犯罪率的增长速度与一个地区的人口数量相同。在本文中，我们证明了使用人均比率对城市进行排名可以产生与根据人口规模调整的排名大不相同的排名。我们分析了12个国家的城市人口与犯罪的关系，并根据犯罪类型评估了人均测量对犯罪分析的影响。在大多数国家，我们发现盗窃随着人口规模呈超线性增长，而入室盗窃则呈线性增长。我们的研究结果表明，人均排名可能与人口调整后的排名不同，因此在这里分析的数据中，前10名最危险的城市中约有一半不一致。因此，我们建议在使用人均犯罪率对城市进行排名时要谨慎，并建议在这样做之前评估线性可扩展性。
2021-08-02 cs.CY physics.soc-ph stat.AP
From global scaling to the dynamics of individual cities
标度已被提出作为一个强大的工具来分析复杂系统的属性，特别是对于城市，它描述了各种属性如何随着人口的变化。在大范围城市数据集上的尺度实证研究显示出明显的非线性行为，其统计有效性和意义是最近许多争论的焦点。我们在这里讨论的另一个方面，这是这样的规模形式对单个城市的影响，以及如何使用它们来预测一个城市的行为时，它的人口变化。我们用1982-2014年期间101个美国城市的数据集来说明由于交通拥堵导致的延迟的情况。我们发现，通过聚集不同城市和不同年份的所有可用数据获得的标度形式确实显示出非线性行为，但这似乎与单个城市人口增长时的动态无关。换句话说，在一个给定的城市，拥挤引起的延误不仅取决于它的人口，而且还取决于它以前的历史。这种强烈的路径依赖性使我们无法找到一个适用于所有城市的简单尺度形式，也表明我们不可能总是将许多不同系统的数据聚合在一起。更一般地说，这些结果也挑战了使用横向数据来理解城市的纵向序列。
2018-02-20 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
The Gompertz-Zipf city size distribution and urban allometry
Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）
该研究利用巴西IBGE150年人口普查数据，提出贡珀茨-齐夫分布描述城市规模，发现城市人口集中度上升，且城市异速生长的缩放关系仅适用于城市化面积。
2026-10-15 physics.soc-ph
Larger cities, more commuters, more crime? The role of inter-city commuting in the scaling of urban crime
本研究探讨城际通勤与城市犯罪标度的关系，发现更大城市接收更多通勤者，且通勤者流入与多种犯罪率上升显著相关，强调城市连接性在解释人口-犯罪关系中的关键作用。
2025-10-27 cs.SI physics.data-an physics.soc-ph
On the relation between Transversal and Longitudinal Scaling in Cities
鉴于一组城市遵循一个将城市人口与社会经济或基础设施指标联系起来的比例法则（横向比例），我们是否应该期望每个城市都会随着时间的推移遵循相同的行为（纵向比例）？这一假设具有重要的政策含义，尽管严格的实证检验迄今为止因缺乏适当的数据而受到阻碍。在这里，我们推进的辩论，在巴西的5507个城市的缩放法的时间演变。本文重点研究了城市人口规模与GDP和水网长度这两个城市变量之间的关系，分析了城市系统的时间演化以及城市个体的演化轨迹。我们发现，纵向（个人）标度指数是城市特定的，但它们分布在一个平均值，接近横向标度指数时，数据被分解，以消除外部因素，当我们只考虑城市有足够大的增长率。这些结果支持了这样的想法，即纵向动力学是一个微观尺度版本的横向动力学的整个城市系统。最后，我们提出了一个数学框架，连接微观层面的全球行为，并在所有分析的情况下，我们发现理论预测和经验证据之间的良好协议。
2019-10-04 physics.soc-ph
Exploring the interplay between population profile and optimal routes in U.S. cities
该研究以美国60座主要城市为对象，探究人口分布与最优路径的相互作用，发现路线总距离符合城市规律、出行分布遵循Weibull函数，构建的人口点模式模型契合指数递减密度规律，揭示二者通过城市中心影响城市结构，为城市设计原理提供新视角。
2025-05-18 nlin.AO physics.soc-ph stat.AP
Diffusive resettlement: irreversible urban transitions in closed systems
我们提出了一个现象学的非平衡模型框架来模拟城市的演变，它将城市内部的重新安置描述为一个不可逆的扩散过程。我们使用澳大利亚首府城市的实际移民数据来验证这个框架。关于住宅搬迁，人口被证明是由两个不同的群体，表现出不同的搬迁频率。在开发的框架的上下文中，这些组可以被解释为一个二元混合物的两个组件，每个都有自己的扩散弛豫时间。使用这种方法，我们获得了城市的空间结构，它定义了他们的平衡人口分布的长期预测。
2021-01-09 physics.soc-ph
Model of World; her cities, languages and countries
地球与她的城市，语言和国家的时间演化被认为是在乘性噪声和碎裂过程，其中相关的家庭，规模分布，寿命，双语等进行了研究。在前面，我们对城市和语言进行了不同的处理（并将其视为联系在一起的;城市分裂后语言分裂，等等）。因此，在同一计算中同时获得两个分布。同样的方法在这里被遵循并且Pareto-Zipf定律用于城市的分布，对数正态用于语言，指数递减用于城市家庭本文首次从理论上得到了语族数与语族数的幂律和语族数与语族数的幂律（据我们所知）在文献中;所有这些都与目前的经验数据吻合得很好。
2007-10-10 physics.soc-ph
Morphogenesis of street networks. A reaction-diffusion system for self-organized cities
城市形态发生是城市要素形成和郊区专业化的过程。街道网络是系统的结构部分。了解它们的形成揭示了有关城市转型及其运作背后的动力学的重要信息。在这项工作中，我们专注于街道网络的形态发生，我们研究它通过一个空间网络生成器模型。后者由三个层（反应扩散层，动态矢量场和空间网络）组成，周围是一个环境。新兴的网络反馈到其形态发生元素，驱动模型出现意想不到的行为。我们应用该模型在一个真正的城市背景下（Fécamp镇，诺曼底，法国），我们测量所获得的网络的属性。
2021-11-05 physics.soc-ph
Wandering in cities: a statistical physics approach to urban theory
正在收集的关于城市的数据量在规模和具体性方面都在增加。然而，尽管有如此丰富的信息，我们仍然对城市化背后真正推动进程的因素知之甚少。在这篇论文中，我们将统计物理学的一些思想应用到城市的研究中。我们首先提出了一个随机的，城市增长的不平衡模型，描述了个人的流动模式的结构。该模型解释了二级次中心的外观作为交通拥堵的影响，并预测人口规模的中心数量的次线性增长。在此模型的框架内，我们进一步能够给出预测的标度指数的总距离每天通勤，道路网络的总长度，总延误由于拥挤，CO2排放量，和表面积与人口规模的城市。第三部分是对居住隔离模式的定量描述。我们提出了一个统一的理论框架，在隔离可以经验的特点。在第四部分中，我们简要地介绍了我们对空间网络研究的最重要的理论和实证结果。在这篇论文中，我们试图传达这样一种观点，即城市的复杂性-几乎是矛盾的-通过简单的方法可以更好地理解。在数据中寻找结构，试图隔离最重要的过程，建立简单的模型，只保留那些与数据一致的模型，构成了一种通用的方法，也与城市系统的研究有关。
2015-11-25 physics.soc-ph
Measuring Urban Sprawl Based on Massive Street Nodes and the Novel Concept of Natural Cities
在本文中，我们开发了一种新的方法来衡量城市蔓延的基础上，街道节点和自然定义的城市边界，都从大量的志愿地理信息OpenStreetMap数据库中提取通过一些数据密集型的计算过程。街道节点被定义为街道的交叉点和终点，而自然定义的城市边界构成了我们所说的自然城市。我们发现，街道节点是显着相关的城市人口。基于这一发现，我们设置街道节点作为人口的代理来衡量城市蔓延。我们进一步发现，街道节点承担一个显着的线性关系，城市面积范围。在x轴表示城市区域范围、y轴表示街道节点的图中，不断扩展的城市位于回归线下方。我们使用美国人口普查的城市面积和人口验证了该方法，然后将该方法应用于三个欧洲国家：法国，德国和英国，将自然城市分为三类：蔓延，紧凑和正常。这种分类为交叉比较整个国家的蔓延水平设定了统一标准。关键词：街道网络，openstreetmap，志愿地理信息，GIS
2010-12-08 physics.data-an physics.soc-ph
Universal Patterns in the Long-term Growth of Urban Infrastructure in U.S. Cities from 1900 to 2015
本研究利用HISDAC-US数据，分析1900—2015年美国大都市区基础设施标度律，发现密度下降、大城市指数更小及区域相似性，揭示长期增长模式及可持续性影响。
2024-12-17 physics.soc-ph
A new model for competition between many languages
本文用一个新的模型研究了城市数量、城市人口、世界人口和现代语言规模分布的时间演变，其中每个城市的人口以随机的速率增加，以随机的划分减少。世界人口和语言的规模分布与现有的经验数据非常吻合。
2006-12-13 physics.comp-ph physics.soc-ph
The scaling of income inequality in cities
在一个快速城市化的世界中，科学地理解城市对于规划可持续的城市系统至关重要。最近的研究表明，收入和财富创造遵循收益递增，与城市规模呈超线性关系。我们研究了澳大利亚人口规模与人口普查定义的不同收入类别的人均收入的比例。在几个城市地区的定义中，我们发现最低收入的增长只是线性或次线性的（$β= 0.94$到$1.00$），而最高收入的增长是超线性的（$β= 1.00$到$1.21$），总收入只是超线性的（$β= 1.03$到$1.05$）。这些发现支持了早期的发现：城市越大，城市越富有。但是，我们也看到了一个新兴的不平等指标：一个城市的人口规模和密度越大，高收入的增长速度比低收入的增长速度快，这表明大城市的最高收入类别的收入不成比例地聚集在一起。因为与超线性规模的最高收入者相比，低收入者中有更多的人处于次线性规模，这些发现表明不平等的规模：人口越多，不平等越大。城市和经济规划将需要研究如何使较大的城市更加公平。
2015-09-03 physics.soc-ph q-fin.GN
Learning about the liveability of cities from young migrants using the combinatiorial Hodge theory approach
Shiga University（滋贺大学）；Kagawa University（香川大学）
针对日本人口衰退背景下的城市宜居性衡量需求，本研究基于蒂布特“用脚投票”理论，提出用组合霍奇理论的“势”仅靠移民数据量化实证宜居性，通过回归识别相关因素，为城市规划与政策制定提供支撑。
2025-11-17 physics.soc-ph
A Spatial Model of City Growth and Formation
我们引入了一个模型，在这个模型中，城市人口的增长率与他们的“势力范围”的面积成正比，其中一个城市的影响力取决于它的人口（α次方）和距离城市（β次方），新的城市根据一定的随机规则出现。一个简单的非严格的渐近分析表明，当β> 2α $ the system exhibits "balanced growth" in which there are an increasing number of large cities, whose populations have the same order of magnitude, whereas for β< 2α$时，系统表现出“不平衡增长”，其中少数城市捕获了总人口的大部分。从概念上讲，该模型最好被视为组合的“中国餐馆过程”的空间模拟。
2012-09-23 physics.data-an physics.soc-ph
The effect of interurban movements on the spatial distribution of population in China
了解城市间流动如何改变人口的空间分布对于交通规划很重要，但也是流行病建模的基本要素。我们在此重点关注中国农历新年期间的度假旅行（所有交通方式），并将2019年的结果与2020年的结果进行比较，其中旅行禁令适用于减缓新型冠状病毒（COVID-19）的传播。我们首先表明，这些旅行流分布广泛，并显示大的时间和空间波动，使他们的建模非常困难。当流动量较大时，它们似乎更加分散在更多的来源地和目的地，形成事实上的中心，可以大规模传播流行病。这些迁移很快（在大约一周内）导致人口在一小部分城市集中。我们通过定义一个摆动比率来定量描述初始分布的回归，这使我们能够表明这种动态非常缓慢，甚至由于旅行限制而在2020年农历新年停止。旅行限制显然限制了疾病在不同城市之间的传播，但也因此产生了相反的效果，使疾病高度集中在少数几个城市，除非个人接触受到严格限制，否则先验地有利于城市内的传播。这些结果揭示了城市间人口流动如何改变全国人口分布，这是在国家一级制定有效控制战略的一个关键因素。
2020-03-16 physics.soc-ph
Spatial Distribution of City Tweets and Their Densities
Twitter等社交媒体构成了从地理角度了解虚拟世界中人类活动的宝贵数据源。本文探讨了城市内的鸣叫和密度的空间分布。城市指的是自然城市，这些城市是由一个国家的小街道街区自动聚集而成的，所谓的城市街区。我们采用街区（而不是人口普查区）作为基本的地理单元和拓扑中心（而不是几何中心），以评估推文和密度从中心到外围边界的变化。我们发现，在一个城市内，从中心到外围，鸣叫先增加，然后减少，而密度总体上下降。这些增减波动很大，与以人口普查区为基本地理单位的情况大不相同。我们还发现，从中心到外围的密度下降不太明显，甚至消失，如果采用一个任意定义的城市边界。这些发现证明了自然城市及其拓扑中心比传统定义的城市和城市中心更适合于地理研究。基于这项研究，我们认为鸣叫密度可以很好地替代人口密度。如果这一观点被证明是正确的，社交媒体数据可能有助于解决围绕城市人口密度的指数或幂函数的争议。关键词：大数据，自然城市，街区，城市密度，拓扑距离
2016-03-07 physics.soc-ph
On the scaling patterns of infectious disease incidence in cities
城市地区人口较多，联系更加紧密，为病原体传播等传染过程提供了有利的环境。经验证据表明，随着城市人口规模的扩大，某些性传播疾病的发病率有系统地上升。然而，这些系统性感染模式的主要驱动因素仍然没有得到很好的理解，世界各地猖獗的城市化率使得我们必须在这方面提高认识。使用美国大都市地区三种性病的确诊病例数据，我们调查了城市地区传染病发病率的比例模式。这些模式最突出的特点是，平均而言，传染性较低的传染病的发病率-或者是由于固有的传染性较低，或者是由于不太适合传播的环境-随着人口规模的增加而急剧上升，随着时间的推移而较难预测，并且在类似规模的城市之间变化较大。这些功能的解释，首先，使用一个简单的数学模型的传染，然后通过一个新的城市规模理论的镜头。这些理论框架帮助我们揭示了决定传染病传播性的因素与其在城市间的扩展模式属性之间的联系。
2018-09-17 physics.soc-ph q-bio.PE
Stochastic equations and cities
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut de Physique Théorique（理论物理研究所）；Centre d’Analyse et de Mathématique Sociales（社会分析与数学中心）；EHESS（高等社会科学学院）
本文回顾了基于随机方程解释城市人口Zipf定律及排名动态的多种理论模型，推导了城市人口随机方程，证实城际迁移冲击对城市人口统计与动态的关键作用。
2023-07-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Scaling of Urban Income Inequality in the United States
城市尺度分析是对城市特征如何随城市地区人口变化而变化的研究，它为发现城市之间的共性和揭示城市在时间和空间上共享的动态提供了一个有前途的框架。在这里，我们使用的城市规模的框架来研究一个重要的，但在这个社区的探索不足的功能-收入不平等。本文提出了一种新的方法来研究收入分配的标度性，通过分析总收入标度在人口统计中的作用。我们发现，收入在最不富裕的十分之一（10%）规模接近线性与城市人口，而收入在最富有的十分之一规模与显着的超线性指数。与总收入与城市人口的超线性比例相反，这种十分位比例表明，大城市的利益分配越来越不平等。对于最贫穷的收入十分位数，城市对线性增长的零预期没有积极影响。我们在用住房成本调整收入后重复我们的分析，发现类似的结果。然后，我们进一步分析收入分配的形状。首先，我们发现收入分布的均值、方差、偏度和峰度都随着城市规模的增加而增加。第二，城市收入分配与最大城市收入分配之间的Kullback-Leibler差异随着城市人口的增加而减小，这表明收入分配的整体形状随着城市人口的变化而变化。由于大多数城市尺度理论认为城市内部的相互作用是导致许多特征超线性增长的基本过程，因此我们的研究结果表明，这种效应仅在城市的上十分位数中可见。我们的发现鼓励未来的工作考虑异质模型的相互作用，形成一个更连贯的理解城市规模。
2021-02-25 physics.soc-ph q-fin.GN
Human Mobility in Large Cities as a Proxy for Crime
我们在一个人口密集的城市的社区的子尺度上调查的财产犯罪的发生率在居民和流动人口。结果表明，财产犯罪与流动人口之间存在异速生长关系。更准确地说，超线性行为的证据表明，在城市人口流动增加的地区，财产犯罪的数量不成比例。作为比较，我们还发现，扰乱和平罪的数量与居民人口的相关性很好，而且也是超线性的。我们的研究提出了一种有趣的可能性，即在以前的研究中观察到的超线性[Bettencourt等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104，7301（2007）和Melo等人，Sci. Rep. 4，6239（2014）]在城市规模的凶杀案与人口的关系可能源于这样一个事实，即流动人口，而不是常住人口，应该被视为决定系统内在微观动力学行为的相关变量。
2016-10-27 cs.SI physics.soc-ph
The Polycentric Dynamics of Melbourne and Sydney: Suburb attractiveness divides a city at the home ownership level
大都市地区的城市动态是社会、经济和政治因素（包括人口分布、财富流动和基础设施需求）之间复杂相互作用的结果。我们为大悉尼和墨尔本地区2011年和2016年开发了一个人口普查校准的城市动态模型，突出了这两个城市在抵押贷款和租金分布方面的人口分布和住房市场结构的演变。我们发现，租房者和抵押贷款持有人之间有一种同质化的趋势：租房者倾向于聚集在更靠近商业中心的地方，而抵押贷款者倾向于居住在这些中心的郊区。我们还确定了一个关键的阈值，在这两个城市的长期演变将分叉之间的“蔓延”和“多中心”的配置，表明这两个城市位于多中心的一侧的临界点，在长期的。重要的是，租房者和抵押贷款持有人之间存在这些中心倾向的分歧。多中心的模式特点的抵押贷款集中在商业中心，我们表明，新兴的住房模式遵循主要的交通路线，通过城市。
2020-08-10 physics.soc-ph
