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第一章 绪论 3

1．1元胞自动机简要发展历程 3

1．2元胞自动机的应用概述 6

第二章 元胞自动机的定义、构成和特征 9

2．1元胞自动机的定义 9

2．1．1自动机 9

2．1．2元胞自动机的定义 10

2．2元胞自动机的构成 11

2．1元胞 12

2．2元胞空间 12

2．2．3邻居 13

2．2．4演化规则 16

2．3元胞自动机的特征 17

第三章 经典的元胞自动机模型 18

3．1 Conway和他的“生命游戏” 18

1．1“生命游戏”的构成及演化规则 18

1．2“生命游戏”中一些演化形态 19

1．3“生命游戏”中构形的分类 22

3．2 Wolfram和他的初等元胞自动机 23

2．1 Wolfram简介 23

2．2初等元胞自动机 24

2．3典型的Wolfram规则 25

3．3能自我复制的元胞自动机 31

3．1 Von Newmann的工作 32

3．2 Langton的自我复制环 33

Langton蚂蚁 36

格子气自动机 37

HPP模型 37

FHP模型 38

LGA模型中的演化方程与宏观量 40

LGA模型中的边界条件 41

LGA模型的状态更新 41

LGA模型的缺陷 41

研究颗粒流的元胞自动机 42

第四章 元胞自动机的分类 46

基于维数的元胞自动机分类 46

一维元胞自动机 46

二维元胞自动机 47

高维元胞自动机 47

基于动力学行为的元胞自动机分类 48

基于动力学行为的分类 49

四类元胞自动机之间的区别 52

下篇：元胞自动机在交通领域中的应用 57

第五章 道路交通流理论简介 57

道路交通流理论研究的意义 57

常用的变量及测量方法 58

交通流量q和时间车头距hi 59

速度v和密度ρ 59

占有率 60

基本的交通实测现象与特征 61

流量-密度关系图与回滞现象 61

交通堵塞 62

同步流和宽运动堵塞 64

交通临界相变行为 65

自组织现象 67

混沌动力学行为 67

交通流中的密度波 68

交通流理论模型分类 68

第六章 道路交通流中的元胞自动机模型 70

单车道元胞自动机模型 70

NaSch模型及其衍生模型 70

巡航驾驶极限和自组织临界 73

慢启动规则、亚稳态和回滞 75

速度效应模型 81

舒适驾驶模型和同步流 82

三相交通流模型 89

考虑减速限制的CA模型 93

其他单车道CA模型 97

多车道元胞自动机模型 97

双车道CA模型 98

多车道CA模型 112

双向交通的CA模型 113

混合交通中的偏析现象 118

图形的获取 119

偏析度量参数的定义 119

数值模拟与分析 120

多值元胞机模型 128

BCA模型 128

EBCA模型 130

一般化模型 135

模拟自行车流的随机慢化模型 136

混合自行车流模型 141

机非混行交通流模型 149

第七章 元胞自动机模型在道路交通瓶颈研究中的应用 161

交通中的瓶颈现象 161

匝道瓶颈研究 163

以车库形式出现的入口匝道和出口匝道 164

主道和入口匝道之间的相互作用 166

加速道对交通系统的影响 174

出口匝道系统的交通行为 180

路口瓶颈的研究 190

十字（或X型）交叉路口 190

T型路口 195

环岛 198

辅助信号灯 205

其他典型交通瓶颈的研究 208

道路缩减 208

收费站 212

第八章 城市路网交通流中的元胞自动机模型 220

BML模型 220

BML的扩展和衍生模型 222

车辆的非均匀分布 222

不同的车辆最大速度 223

立交桥 223

失效的交通信号灯 223

绿波同步 223

NaSch和BML的耦合模型 224

元胞传输模型 228

CTM的路段模型 228

CTM的节点模型 230

路段行程时间与行程速度的计算方法 232

模拟基本步骤 234

基于元胞传输模型的交通拥堵瓶颈的识别 234

交通拥堵瓶颈概述 234

模型参数的确定 236

模拟结果及分析 239

第九章 其他交通系统中的元胞自动机模型 243

公交路线系统的元胞自动机模型研究 243

考虑到公交车承载能力的公交路线模型 243

模拟结果和讨论 245

轨道交通系统的元胞自动机模型研究 251

固定闭塞控制系统 251

移动闭塞控制系统 255

列车延迟传播现象的模拟研究 259

混合交通中节能优化的元胞自动机模型 263

三线轨道交通系统的运输能力问题研究 266

第十章 元胞自动机模型、交通流状态和复杂网络 270

复杂网络简介——小世界网络和无标度网络 270

复杂网络与城市交通网络 272

基于交通流状态构建网络模型 273

交通流状态与网络模型的结构特性 275

交叉口交通流状态 279

同步流状态的复杂性特征 281

模拟结果 282

实测数据检验 287

附录一 交通流理论模型简介与对比 289

附1．1连续模型（宏观模型） 289

附1．2气体动理论模型（中观模型） 291

附1．3车辆跟驰模型（微观模型） 292

附1．4元胞自动机模型（微观模型） 295

附1．5不同模型的比较及其之间的联系 295

附录二TRANSIMS系统简介及案例 297

附2．1什么是TRANSIMS 297

附2．2 TRANSIMS与传统四阶段法的区别 297

附2．3 TRANSIMS整体框架 298

附2．3．1综合人口模块 298

附2．3．2出行行为模块 298

附2．3．3路径选择模块 300

附2．3．4微观模拟模块 300

附2．3．5尾气排估计模块 300

附2．3．6选择与反馈模块 301

附2．3．7可视化输出模块 301

附2．4应用案例 302

输入数据 302

微观模拟模块输出结果 304

后记 308

参考文献 310