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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hi59

速度v和密度ρ59

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TRANSIMS297

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