Harnessing Network Science for Urban Resilience: The CASA Model's Approach to Social and Environmental Challenges
研究提出CASA模型，将传统韧性模型转化为复杂网络以评估和加强社会韧性，通过定量评估“牺牲区”展示了其作为系统性诊断工具识别脆弱性并指导气候适应政策的潜力。
2024-11-12 physics.soc-ph
Empowering Urban Governance through Urban Science: Multi-scale Dynamics of Urban Systems Worldwide
当前的城市科学可以为未来的城市政策提供有益的基础，但前提是这些建议已经通过对世界各种情况的正确观察而得到证实。然而，城市演变的国际比较往往产生不确定的结果，因为国家领土框架并不总是与城市系统的动态完全一致。我们建议提供各种城市系统的组成，以便更好地考虑到超越区域和国家领土边界的城市的动态网络。为解释城市规模和城市增长分布而设想的不同模型，使人们能够在城市和城市系统层面上观察城市轨迹之间建立对应关系。我们测试的有效性和代表性的几个动态模型的复杂的城市系统和它们的变化在世界各地，在城市系统的宏观尺度。该方法的独创性在于将空间相互作用和演化路径依赖视为城市实体一般行为的主要特征。所研究的模型包括不同的和互补的过程，如经济交流，创新和物理网络流的扩散。复杂系统的动态在原则上是不可预测的，但将其与人口、收入和资源组成部分联系起来，可能有助于最大限度地减少预测误差。
2020-05-20 cs.CY cs.MA physics.soc-ph
Planning for isolation? The role of urban form and function in shaping mobility in Brasilia
Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London（伦敦大学学院高级空间分析中心）
研究通过分析城市形态与功能，探讨巴西利亚的移动性如何影响隔离程度，发现形态和空间布局对 segregation 有显著影响，混合用途区域和开放空间能降低隔离，但富裕群体仍保持高隔离度。
2026-03-25 cs.SI physics.soc-ph
Novel approaches to urban science problems: human mobility description by physical analogy of electric circuit network based on GPS data
本文提出改进电路模型RECM和路径生成模型RGM，将城市人类移动类比为带电粒子运动，以人类电导率和电势刻画流动特征，并将计算成本降低至原始模型的1/10000，为城市科学问题提供新方法。
2024-03-29 physics.soc-ph stat.AP
The Science of Urban Metabolism and Sustainability
本研究分析城市代谢与可持续性领域的论文，揭示其学科分布、研究方法、作者特征等演进结构，为优化相关研究政策提供依据。
2025-01-15 physics.soc-ph q-bio.PE
Urban Science Beyond Samples: Up-to-Date Street Network Models and Indicators for Every Urban Area in the World
University of Southern California（南加州大学）
本文提出全球每个城市区域的最新街道网络模型和指标，利用2025年全球人类聚居层的城市边界数据，整合1.8亿个OpenStreetMap节点和3.6亿条边，提供公开可重用的资源，推动全球城市街道网络科学和欠发达地区本地分析。
2026-04-30 econ.GN physics.soc-ph q-fin.EC
A worldwide model for boundaries of urban settlements
城市住区的形状在其可持续规划中起着根本性的作用。正确界定城市的边界是一个挑战，仍然是城市科学中的一个开放性问题。在这里，我们提出了一个全球性的模型，通过自下而上的方法，考虑到与世界各地大多数社会内在相关的地理偏见，并反映在其不同的区域增长动态，以定义超出其行政边界的城市住区。该模型的通用性允许研究所有地理级别的城市的缩放律：国家，大陆和整个世界。我们对城市的定义是稳健的，并坚持社会科学中最著名的结果之一：齐普夫定律。根据我们的结果，世界上最大的城市与联合国最近报告的情况不一致。例如，我们发现世界上最大的城市是由几个相互靠近的小定居点聚集而成，连接着三个大定居点：亚历山大、开罗和卢克索。我们对城市的定义为我们系统地研究城市经济打开了一扇大门，它独立于使用行政边界的任意定义。
2018-05-23 physics.soc-ph
Spatial Information and the Legibility of Urban Form: Big Data in Urban Morphology
几个世纪以来，城市规划和形态学一直依赖于分析制图和视觉传达工具来说明空间模式，提出设计方案，比较替代方案并吸引公众。经典的城市形态可视化--从Giambattista Nolli的罗马平面图到Allan Jacobs的城市街道图形-地面图--已经将物理城市复杂性压缩成易于理解的信息人工制品。今天，我们可以通过智能城市范式来增强这些传统的工作流程，即通过用户生成的内容和在信息管理环境中收集的数据来理解城市。新的空间技术平台和大数据为理解、评估、监测和管理城市形态和演变提供了新的视角。本文基于城市规划和形态学中视觉文化的理论框架，介绍并验证了用于探索城市结构模式和空间秩序的计算数据科学过程。它使用OSMnx和OpenStreetMap（一个协作空间信息系统和地图平台）的数据演示了这些工作流程，以检查世界各地不同研究地点的街道网络模式，方向和配置，并考虑这些揭示了城市结构。无处不在的城市数据和计算工具的时代开辟了一个新的时代，从综合定量和定性的角度分析全球城市形态。
2019-09-30 physics.soc-ph
Citizen science dataset on residents' urban heat perception in outdoor public spaces of climate-vulnerable neighborhoods
本研究联合14个机构与439名气候脆弱社区居民，通过热环境行走、传感器监测与问卷调查，构建了整合客观热环境数据与主观热感知的多维度数据集，为城市热相关研究与循证决策提供支撑。
2025-10-29 physics.data-an physics.soc-ph
Measuring the Complexity of Urban Form and Design
复杂系统已成为分析城市的流行镜头，复杂性理论对城市绩效和弹性有许多启示。本文开发了一种类型学的措施和指标，用于评估在城市设计的尺度上建成环境的物理复杂性。它从城市规划、网络科学、生态系统研究、分形几何、统计物理学和信息论扩展到城市形态和定性人类经验的分析。在多尺度上分散在不同的机构的文献和有用的应用程序在分析适应性的复杂性，都演变和本地设计过程的结果。反过来，它们使城市设计师能够使用先进的工具包评估弹性，适应性，连通性和宜居性。这里开发的类型学适用于各种邻里类型和设计标准的实证研究。它包括城市形态的时间、视觉、空间、尺度和连通性措施。今天，著名的城市设计运动公开接受复杂性，但必须超越灵感和隐喻，正式确定什么是“复杂性”，以及我们如何使用它来评估世界现状以及如何提出建议。
2018-10-03 physics.soc-ph
Defining the urban "local" with low dimensional manifolds of human mobility networks
针对通用城市模型忽视本地异质性的问题，提出拓扑框架识别人类移动网络本地性，证明其为维度不超过5且对应地理空间的几何结构，可支撑设施选址与传播建模。
2025-10-20 cs.CY physics.soc-ph
Evolution of urban scaling: evidence from Brazil
在过去的几年中，新的城市科学已经被确立为系统地理解城市现象的一种丰富的定量方法。其主要支柱之一是城市系统在社会经济、基础设施和个人基本服务变量方面表现出普遍的缩放行为。本文讨论了扩展的普遍性命题，通过测试它对广泛的城市度量在发展中国家的城市系统。我们提出了一个探索的标度指数超过6$变量的巴西城市系统。由于巴西的城市可以偏离城市住区显着，城市样的城市选择的基础上，系统的密度截止程序和缩放指数估计这个新的子集的城市。为了验证我们的研究结果，我们将叠加变量的结果与基于替代方法的其他研究进行了比较。结果发现，所分析的社会经济变量遵循超线性标度与人口规模的关系，和大多数的基础设施和个人基本服务变量遵循预期的次线性和线性标度，分别。然而，一些基础设施和个人基本服务变量偏离了其预期的制度，挑战城市规模的普遍性假设。我们认为，这些偏差是自上而下的决策/政策的产物。我们的分析在10年的时间范围内传播，这是不足以得出结论性的意见，然而，我们发现这些变量的标度指数正在朝着预期的标度制度演变的暗示，表明偏差可能是时间上的限制，城市系统可能最终达到预期的标度制度。
2018-08-13 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
Mathematical models to explain the origin of urban scaling laws: a synthetic review
考虑到人类因城市化和城市密集化而面临的挑战，寻求一种可以提供定量和系统方法来管理城市的城市理论是重中之重。如果这样一个理论是可行的，那么它的表述必须是以数学的方式。作为一个贡献组织的数学思想，处理这样一个系统的方式来理解城市现象，我们提出这个材料，集中在一个重要的方面，最近被称为新的城市科学。在本文中，我们回顾了文献中的主要数学模型，旨在解释城市规模的起源和出现。我们打算提出的模型，确定它们之间的相似性和连接，并找到不同的模型导致相同的输出的情况。此外，我们报告的情况下，最初在一个特定的模型中引入的一些想法也可以在另一个模型中引入，产生更多的多样化和增加模型的范围。本文所处理的模型从不同的前提解释了城市规模：从重力思想，通过致密化的想法和城市的几何形状，层次组织和社会网络属性。我们还研究了这些不同的基本思想可以被解释为相似的场景-相似性可能但不明显。此外，在重力的想法，我们提出了一个一般的框架，其中包括所有的重力模型作为一个特定的情况下分析。
2021-11-16 physics.soc-ph
Rich and Poor Cities in Europe. Urban Scaling to Mapping European Economic Convergence
城市科学的最新进展广泛使用了尺度概念。在这里，我们专注于一个城市的大都市生产总值（GMP）和人口（POP）之间的重要比例关系。已经证明GMP $\propto$ Y pop $^β$，其中$β$总是大于1并接近1.2。这一基本发现凸显了一条适用于不同国家和文化的普遍规律，或许可以解释城市的本质。然而，在一个联系日益紧密的世界中，城市经济完全取决于其人口的假设可能是值得怀疑的。使用2005年至2010年欧盟248个城市的数据，我们发现了一个双重GMP/POP缩放制度。对于西欧城市，$β$在整个时期内= 1，而对于后共产主义城市，$β>$为1，从$\sim$ 1.2增加到$\sim$ 1.4。标度指数的演变描述了后共产主义欧洲城市向开放和自由经济的趋同。我们提出了一个简单的经济收敛模型，其中，在稳定的政治条件下，线性GMP/POP缩放预计所有城市。结果表明，GMP/POP超线性尺度代表了一个阶段的经济增长，而不是一个稳定的，普遍的城市特征。研究结果还表明，城市之间的关系是嵌入在他们的政治和经济背景，不能忽视的城市，城市化和城市经济学的解释。
2016-06-11 physics.soc-ph
Measuring Global Urban Complexity from the Perspective of Living Structure
本文基于生命结构理论，用多源地理空间数据递归识别全球自然城市并构建网络，以S与H衡量城市空间生命力，揭示夜间灯光所反映的城市复杂性动态。
2024-09-16 physics.soc-ph
Studies on the Structure and Dynamics of Urban Bus Networks in Indian Cities
近年来，网络科学的领域在理解各种现实世界网络的底层结构和回答关于它们的重要问题方面变得非常有用。在这项研究中，我们严谨地分析了六个主要的印度城市的公交网络的统计特性，在L-和P-空间的图形，使用网络科学的工具。虽然对航空和铁路等公共交通网络进行了广泛研究，但缺乏对公共汽车网络的结构和增长的全面研究。在印度，公交网络在日常通勤中发挥着重要作用，分析其拓扑结构并回答有关其演变，增长，鲁棒性和弹性的一些基本问题具有重要意义。我们从这些网络的实证分析，并确定其基本特征的复杂网络理论。所有网络都具有度分布图的小世界特性和重尾特性。我们的分析进一步揭示了一个广泛的网络拓扑结构所产生的偏好和随机连接的节点之间的相互作用。与现实世界的网络不同，如互联网，WWW和航空公司，它们是虚拟的，公交网络在二维空间中受到底层道路网络的物理约束。为了了解这些网络的演化中的约束的作用，我们计算它们的分形维数，揭示了一个三维的空间样的演化在一个受约束的二维平面。我们还扩展了我们的研究，以了解复杂的动态过程中的流行病爆发和信息扩散在这些网络中使用SI和SIR模型。
2015-12-18 physics.soc-ph
Removing Population Size, World Cities Leave on Land a Footprint of Wealth
University of Rouen（鲁昂大学）
本研究针对全球1800多个城市建成区，揭示建成足迹与总人口成正比的空间标度定律，为城市科学及可持续发展提供重要依据，同时发现人均建成面积恒定，剩余差异与人均GDP高度相关，暗示经济发展与可持续性的权衡。
2026-08-20 physics.soc-ph
Multimodal urban mobility and multilayer transport networks
本文从多层网络视角系统综述了多模式城市出行与交通网络研究，涵盖数学框架、基础设施建模、多模式性度量、出行动力学、公开数据集与开源工具，并展望了未来研究方向。
2021-11-03 cs.CY cs.SI physics.soc-ph
Zipf's law, Hierarchical Structure, and Shuffling-Cards Model for Urban Development
提出了一个新的视角来寻找支配复杂系统的简单规则和城市等随机现象背后的规律。城市的等级反映了在自然世界和社会机构中经常观察到的无处不在的结构。如果存在具有级联结构的层级，则存在遵循齐普夫定律的等级-规模分布，反之亦然。该层次结构可以用一组指数函数来描述，这些指数函数在形式上与Horton-Strahler关于河流的定律和Gutenberg-Richter关于地震能量的定律相同。从指数模型，我们可以推导出四个幂律，如齐普夫定律指示分形和标度对称性。对层次结构的研究有助于我们理解复杂系统是如何自组织的。建立洗牌模型，解释齐普夫定律与城市等级的关系。这个模型可以扩展到解释一般的经验幂律分布在个别的物理和社会科学，这是很难理解的具体科学领域。
2011-04-16 physics.soc-ph
Urban Analytics: History, Trajectory, and Critique
城市分析结合了空间分析、统计学、计算机科学和城市规划来理解和塑造城市的未来。虽然它承诺更好的决策见解，但人们对其认识论范围以及对隐私，道德和社会控制的影响表示担忧。本章回顾了城市分析作为一门学术和专业学科的历史和轨迹。特别是，它考虑了这一领域的发展方向，以及它是否改善了我们的集体和个人福利。它首先介绍了早期的理论，模型和演绎方法，该领域起源于转向归纳之前。然后，它探讨了城市网络分析，丰富了空间互动和结构的传统表示。接下来讨论了时空大数据和机器学习在城市中的应用。最后，它认为，隐私和道德问题往往被忽视，因为无处不在的监控和分析可能会助长社会压抑。报告最后呼吁进行更批判性的城市分析，认识到其认识论的局限性，强调人的尊严，并向边缘化社区学习和支持。
2021-05-14 cs.CY physics.soc-ph
Maximum Entropy Approach for the Prediction of Urban Mobility Patterns
本文基于意大利共享汽车移动数据，利用最大熵原理构建仅含最少约束的可解释城市活动模型，用于预测与异常检测，性能优于SARIMA并接近神经网络。
2022-10-04 physics.soc-ph
Urban Scaling is hardwired in the human brain
本研究揭示城市标度律与人类大五人格特质存在因果关联，提出城市结构模式可能内嵌于人类大脑的跨学科观点。
2025-01-02 nlin.AO physics.soc-ph
The Right Tools for the Job: The Case for Spatial Science Tool-Building
这篇论文是在华盛顿特区举行的美国地理学家协会年会上作为第八届GIS年会全体会议上发表的。空间科学最近看到越来越多的要求更容易获得的软件和工具，更好地体现地理科学和理论。城市空间网络科学提供了一个明确的机会：从多个角度来看，建模和分析非平面城市空间网络的工具传统上是不可访问的，非理论的，或以其他方式限制。本文对这一领域的现状进行了反思。然后讨论了开发OSMnx的动机、经验和结果，OSMnx是一种旨在帮助解决这一问题的工具。接下来，它回顾了这个工具在最近的多学科空间网络科学文献中的使用，以突出开源软件开发的上游和下游利益。工具建设是一个重要的，但缺乏激励的组成部分，学术地理和社会科学更广泛。为了进行更好的科学研究，我们需要建立更好的工具。本文最后指出了前进的道路，强调开源软件和可重复使用的计算数据科学，而不仅仅是可重复性和可复制性。
2020-08-12 cs.CY physics.soc-ph stat.AP
Mathematize urbes by humanizing them: Cities as Isobenefit Landscapes. Psycho-Economical distances and Isobenefit Lines
城市阅读的提出是一种量化但又穿越主观主义的现代后现代城市主义方法。所示的isobenefit线将城市转化为有益的景观，根据个人情绪、需求、偏好和城市转型，这些景观是主观的、不断变化的。他们阅读吸引力和他们如何在整个城市流动。对每个城市点和每个城市景点进行计算，我们就得到了城市的等值面地形图，即城市景点及其流量的地图。这是一个液体表面，而不是固体，因为它随时间和人而变化。正是在这种流动性中，居住着城市的复杂性，他们自下而上的精神以及平衡和网络的动态性。人们不一定要去最容易到达的地方，而是去他们需要和想要去的地方，他们沿着他们需要或选择通过的路径流动。它还介绍了地方和路径的可爱性：除了目前使用的通常参数，这些参数在物理距离，成本，时间或心理容易表示方面对距离进行加权，在这里提出的isobenefit线中使用的心理经济距离，也考虑一个地方和一条路径如何取悦我们。根据地下享乐理论，这种穿过或停留在宜人地区的快乐也具有地下和惯性效应，有助于我们的生活。城市科学和城市设计的最终目的是了解城市，使它们高效和有吸引力，以满足我们的生活。
2015-09-19 physics.soc-ph
Are neighbourhood amenities associated with more walking and less driving? Yes, but only for the wealthy
城市拥有大量的便利设施，从当地的理发店到科学博物馆和购物中心。但这些都是分布在城市空间中的不平等。使用Google Places数据结合哥伦比亚波哥大基于出行的移动数据，我们揭示了社区设施对城市移动模式的影响。推导出一个新的可访问性度量，明确考虑到空间范围，我们发现，当地设施的密度较高的步行以及较短的巴士和汽车旅行的可能性较高。更深入地挖掘，我们使用一个样本分层框架，以表明社会经济地位（SES）调节这些影响。仅对于最富有的群体来说，半径约1公里范围内的设施与更高的步行倾向和更少的驾驶时间密切相关。相比之下，较高密度的设施与较短的巴士行程为低和中等SES居民。随着全球城市致力于促进公共交通和绿色出行，这些发现使我们能够更好地了解商业结构如何在高度收入隔离的环境中塑造城市流动性。
2022-01-18 physics.soc-ph
Explorative pedestrian mobility GPS data from a citizen science experiment in a neighbourhood
本研究通过公民科学实验收集并分享了社区内约3000条行人GPS记录，涵盖19条轨迹及处理后的数据，并探讨了以社区为中心的场所营造在城市转型中的应用。
2024-10-11 cs.SI physics.soc-ph
Association between population distribution and urban GDP scaling
城市尺度和齐夫定律是城市科学的两个基本范式。这些法律大多是独立调查的，往往被视为无关的事项。在这里，我们提出了一个大规模的调查，这两个法律之间的联系，使用人口和GDP数据，从近5000个一致定义的城市在96个国家。我们的经验表明，这两个法律是相互联系的，并得出一个表达式有关的城市规模和Zipf指数。该表达式捕捉了两个指数之间经验关系的平均趋势，并且在考虑随机变化后，模拟产生与真实数据非常相似的结果。我们发现，虽然绝大多数国家表现出城市GDP规模收益递增，但这种效应在小城市较少、大都市较多的国家（小Zipf指数）比在大小城市数量不均匀的国家（大Zipf指数）不那么明显。我们的研究提出了这样一种观点，即城市规模并不仅仅来自城市内部的过程，因为人口分布和城市GDP的规模是相互关联的。
2021-01-08 physics.data-an physics.soc-ph
Mathematical modeling of urban sprawl
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；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（高等社会科学研究院）；Fondazione Bruno Kessler（布鲁诺·凯斯勒基金会）；University of Trento（特伦托大学）
本文提出基于偏微分方程框架的动态模型，用于研究城市扩张的空间动态及其影响因素。
2026-03-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
A citizen science behavioural dataset of an urban collective-risk dilemma on air pollution mitigation under resource inequality
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；OpenSystems（开放系统）；Institute of Complex Systems (UBICS)（复杂系统研究所）；Eurecat, Centre Tecnològic de Catalunya（加泰罗尼亚技术中心）；Generalitat de Catalunya（加泰罗尼亚政府）
该研究在巴塞罗那公民科学项目中开展集体风险困境实验，构建了包含462名参与者、77场游戏及4620个决策的行为数据集，记录资源不平等条件下的贡献轨迹与多维度社会经济及环境数据，为空气污染缓解决策研究提供实证基础。
2026-09-29 cs.CY physics.data-an physics.soc-ph
Methodological Foundation of a Numerical Taxonomy of Urban Form
城市是人类文化的复杂产物，其特征是惊人的多样性。它们的形式不断演变，反映了不断变化的人类需求和当地的突发事件，在空间上表现为许多城市模式。城市形态学为理解许多这样的模式奠定了基础，主要依靠定性研究方法来提取城市地区的独特空间特征。然而，这种方法的人工、劳动密集和主观性质阻碍了可扩展、可复制和数据驱动的城市形态特征的发展。最近，地理数据科学的进步和数字地图产品的可用性为克服这些限制提供了机会。然而，我们目前的能力，系统地捕捉空间模式的异质性仍然是有限的空间参数包括在分析和难以扩展，由于高度劳动密集型的性质的任务。在本文中，我们提出了一种方法，数值分类的城市形态来自生物系统学，它允许严格的检测和分类的城市类型。最初，我们从最少的数据输入中产生了丰富的城市空间数值特征，最大限度地减少了由于数据质量和可用性不一致而造成的限制。这些是街道网络，建筑物的足迹，和形态镶嵌，沃罗诺伊镶嵌的空间单位衍生物，从建筑物的足迹。因此，我们得到均匀的城市组织类型，并通过确定它们之间的整体形态相似性，生成一个层次分类的城市形态。在框架和介绍的方法，我们测试它在两个城市-布拉格和阿姆斯特丹-并讨论潜在的应用和进一步的发展。
2021-10-28 cs.CY physics.soc-ph
Urban scaling of football followership on Twitter
社会科学今天面临着一个重要的挑战，即利用在线社交网络产生的大量数据所提供的新的研究机会。由于其营销价值，体育俱乐部也有动力在社交媒体上创造和维持稳定的受众。在本文中，我们分析了追随者的知名足球俱乐部在Twitter上获得他们的家的位置。然后，我们测量城市规模是如何连接到追随者的数量使用城市规模理论。结果表明，俱乐部追随者的标度指数依赖于一个国家的收入。这些发现可用于了解全球足球观众的结构和潜在增长领域。
2018-12-11 cond-mat.dis-nn cs.SI physics.soc-ph
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
Urban delineation through the lens of commute networks: Leveraging graph embeddings to distinguish socioeconomic groups in cities
本研究提出利用源自人口普查的通勤网络，通过图神经网络（GNN）架构提取城市区域节点的低维嵌入并进行聚类，以实现城市区域划分。实验表明该方法能有效捕捉社区间的社会经济差异，为城市社区检测提供了有力替代方案。
2025-07-15 cs.SI physics.soc-ph stat.ML
You Don't Have to Live Next to Me: Towards Demobilizing Individualistic Bias in Computational Approaches to Urban Segregation
本文批判城市隔离计算研究中过度关注个人责任、忽视系统性过程的个人主义偏见，通过大数据案例揭示其边缘化影响，并呼吁建立以系统性思维为导向的研究与行动议程。
2025-07-18 cs.CY physics.soc-ph
Robustness and Resilience of cities around the world
城市或城市复原力的概念已成为未来几十年的主要挑战之一。因此，联合国或洛克菲勒基金会等机构已经采取了一些旨在提高或改善复原力的举措，这些努力转化为资助项目，既可以在实地采取行动，也可以在指数的框架下对复原力进行量化。具有讽刺意味的是，在学术方面，对于如何量化弹性，或者它在城市背景下到底指什么，并没有明确的共识。在这里，我们试图将这两个极端联系起来，提供一个如何利用大型，公开可用的全球城市数据集的例子，以客观地了解城市弹性的可能维度之一。我们通过复杂性科学中成熟的方法来做到这一点，例如渗透理论-它在提供复杂系统脆弱性的有价值信息方面具有悠久的传统。我们的研究结果揭示了研究城市之间的巨大差异，无论是在基础设施的脆弱性和关键服务的分布不平衡。
2016-08-04 cs.SI physics.soc-ph
Fractals and fractal dimension of systems of blood vessels: An analogy between artery trees, river networks, and urban hierarchies
动脉网络的分形性质与河流系统的分形性质之间的类比已经在以前的作品中画出。然而，血管层次的深层结构尚未被揭示。本文主要研究血管的分形、异速生长和层次性。通过与Horton-Strahler的河流组成定律类比，提出了三个指数定律。这些指数律可以重构并转化为三个线性标度律，称为血管网络的合成律。从这些线性标度律，它遵循一组幂律，包括三参数齐普夫定律的秩尺寸分布的血管长度和异速生长标度律的血管的长度-直径的关系，在不同的订单。将该模型应用于其他研究者早期给出的人类和动物的观察数据，发现人类的身体比狗的身体更符合自然规律。血管，河流网络和城市系统的层次之间的类比进一步绘制，和层次的跨学科研究可能会提供新的复杂性科学的启示的例子。
2015-11-07 physics.soc-ph q-bio.TO
Neural Embeddings of Urban Big Data Reveal Emergent Structures in Cities
Texas A&M University（德克萨斯A&M大学）
在这项研究中，我们建议使用神经嵌入模型图神经网络（GNN）-利用城市地区的异质性特征及其相互作用所捕获的人类流动网络，以获得这些地区的矢量表示。使用来自美国16个大都市县数百万聚合和匿名手机用户的大规模高分辨率移动数据集，我们证明了我们的嵌入编码与城市组件（如设施分布）和人口属性和活动相关的功能之间的复杂关系。利用聚类表示法和同一聚类中城市区域的共有特征，度量了从城市中心到郊区各方向的空间梯度。此外，我们还发现，在不同县训练的模型生成的嵌入可以捕获另一个县50%至60%的新兴空间结构，使我们能够以定量的方式进行跨县比较。我们基于GNN的框架克服了以前用于检查空间结构的方法的局限性，并且具有高度的可扩展性。研究结果揭示了城市各组成部分之间的非线性关系和各向异性的空间梯度在城市。由于所确定的空间结构和梯度捕捉到了各种机制的综合影响，如隔离，不同的设施分布，和人类流动，研究结果可以帮助确定当前城市结构的局限性，为规划决策和政策提供信息。此外，该模型和研究结果通过综合理解城市组成部分与人口活动和属性之间的复杂相互作用如何塑造城市空间结构，为城市规划，工程和社会科学的各种研究奠定了基础。
2021-10-24 cs.AI cs.CY physics.soc-ph
Citizen Science practices for Computational Social Sciences research: The conceptualization of Pop-Up Experiments
在公民科学的名义下，志愿者与科学家合作提出并回答现实世界问题的许多创新实践正在全球范围内迅速增长。公民科学可以提供现成的解决方案与公民的积极作用。然而，这个框架还远远没有建立起来，成为计算社会科学研究的标准工具。我们提出了我们在连接计算社会科学与公民科学哲学方面的经验，在我们的案例中，这种经验采取了我们所说的弹出式实验的形式：非永久性的，高度参与性的集体实验，将大数据方法和行为实验协议开发的功能与公民科学的理想相结合。这类规划实验中需要考虑的主要问题分为三类：公众参与、轻型基础设施和知识回归公民。我们解释了实施的解决方案，提供了基于我们自己在城市环境中的经验（西班牙巴塞罗那）的实际例子。我们希望这项工作能够为愿意采用和扩展这种\emph{in-vivo}实践的团体提供指导，并开启关于公民科学框架可以提供研究社会现象的可能性（但也有局限性）的辩论。
2015-09-22 cs.CY physics.data-an physics.soc-ph
Roads and cities of $18^{th}$ century France
道路和街道等基础设施网络的演变对于理解城市系统的演变至关重要。然而，描述这些空间对象的数据集是罕见的和稀疏的。这里介绍的数据库代表了在$18^{th}$世纪卡西尼号历史地图中描述的法国国家一级的道路网络。这幅历史地图的数字化是基于我们详细描述的协作方法。该数据集可用于各种跨学科研究，涵盖多种空间分辨率，从历史，地理，城市经济学到网络科学。
2015-09-30 cond-mat.dis-nn cs.CY physics.soc-ph
The growth equation of cities
城市科学试图理解和解释在世界主要城市系统中观察到的不确定性。对城市人口演变进行建模是这门科学和所有城市研究的核心。量化，最根本的问题是理解城市的等级组织和特大城市的统计发生，首先被认为是由一个普遍的法律由于齐普夫描述，但其有效性已受到最近的实证研究的挑战。一个理论模型还必须能够解释城市和文明相对频繁的兴衰，尽管有许多尝试，这些基本问题仍然没有得到令人满意的回答。在这里，我们通过引入一种新的随机方程来模拟城市人口增长来填补这一空白，我们从最近的数据集（加拿大，法国，英国和美国）的实证分析中构建了这一模型，揭示了罕见但巨大的城市间迁移冲击如何主导城市增长。这个方程预测了城市分布的复杂形状，并表明齐普夫定律由于有限时间效应而通常不成立，这意味着城市的组织更加复杂。它还预测了存在多个时间变化的城市层次结构，与观测结果一致。我们的研究结果强调了罕见事件在复杂系统演化中的重要性，并在城市规划中具有更实际的意义。
2021-10-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Sequences of purchases in credit card data reveal life styles in urban populations
类齐夫分布描述了物理学、生物学、经济学和社会科学中的一系列现象。在人类活动中，齐夫定律描述了例如文本中单词出现的频率或购物模式中的购买类型。在后者中，交易类型的不均匀分布与个人选择的购买时间顺序有关。在这项工作中，我们定义了一个框架，使用文本压缩技术的信用卡购买序列，以检测无处不在的集体行为模式。聚类消费者的相似性购买序列，我们发现五个消费者群体。值得注意的是，事后检查，每个群体中的个体在年龄、总支出、性别以及通过手机记录提取的社交和移动网络的多样性方面也相似。通过用类似齐夫分布的方法正确地解构交易数据，这种方法揭示了一组重要的序列，揭示了对人类集体行为的见解。
2018-08-06 cs.IT cs.SI math.IT
The statistical physics of Cities
Institut de Physique Théorique (IPhT/CEA)（理论物理研究所）；Centre d'Analyse et de Mathématique Sociales (CAMS/EHESS)（社会分析与数学中心）
本文针对全球快速城市化带来的多重挑战，指出统计物理学可凭借相关工具概念搭建城市研究理论与实证的桥梁，并通过城市人口分布、隔离模型等多个核心研究对象阐明其在构建定量城市科学中的重要作用。
2019-05-06 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Citizen science for social physics: Digital tools and participation
本文通过城市人类移动性实验和社区精神健康照护研究两个案例，探讨数字工具与参与式动态如何促进社会物理学与公民科学的协同，以提升复杂社会现象研究的社会影响。
2023-12-27 cond-mat.stat-mech cs.HC physics.soc-ph
Centrality in Interconnected Multilayer Networks
现实世界的复杂系统表现出多层次的关系。在许多情况下，它们需要通过互连的多层网络来建模，同时在多个层面上表征相互作用。在许多领域，从经济学到生物学，从城市规划到社会科学，识别网络中影响最大（或影响较小）的节点至关重要。然而，在一个相互关联的结构中，确定行为体的中心地位并非易事。在本文中，我们利用张量的形式主义，最近提出的这种复杂的拓扑结构的特征和调查，显示几个中心的措施-众所周知的标准（“单路”）网络的情况下-可以自然地扩展到领域的互连复用。我们认为诊断广泛应用于不同领域，例如，计算机科学、生物学、通信和社会科学，仅举其中一些。我们表明，无论是理论上和数值上，使用加权单重聚合多层网络获得的结果，在一般情况下，相关的差异，在排名节点的重要性。
2013-11-12 cond-mat.dis-nn cs.SI physics.soc-ph
Towards a comparative science of cities: using mobile traffic records in New York, London and Hong Kong
本章探讨的可能性，分析和比较人类活动在城市环境的基础上检测手机的使用模式。由于前所未有的计数器数据收集记录了在时间和空间上解决的呼叫，短信和数据传输的数量，我们确认了三个全球城市的时间活动概况和土地使用之间的联系：纽约，伦敦和香港。通过比较整个城市的典型模式，我们提供了关于文化，技术和经济因素如何塑造人类动态的见解。在更局部的范围内，我们使用聚类分析来识别城市中具有相似模式的位置。我们的研究揭示了城市的普遍结构，核心金融中心都有类似的活动模式，商业或住宅区有更多的城市特定模式。这些发现表明，随着经济变得更加全球化，全球不同城市的商业领域出现了共同的模式，而当地条件对日常活动的影响仍然可以识别。
2014-06-17 cs.CY cs.SI physics.data-an
