基于元胞自动机的政府线上公共服务模型及仿真研究

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目录及后续

Abstract

第1章 绪 论

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3.1 国内研究现状

1.3.2 国外研究现状

1.4.1 研究内容

第二章：线上公共服务相关概念及理论基础。通过梳理“互联网+政务服务”新的发展背景下线上公共服务的相关

1.4.2 研究方法

第2章 线上公共服务相关概念及理论基础

2.1 “互联网+政务服务”相关理论

通过梳理网站抽查情况通报，笔者后续通过线上调研部分地区的线上公共服务平台及政府网站，不难发现公众需求

2.2 元胞自动机理论

2.2.1 元胞自动机定义

元胞自动机（Cellular Automata,CA）这一概念最早由美籍数学Stanislaw M

2.2.2 元胞自动机的组成

元胞自动机由元胞（cell）、元胞空间（cell space）、元胞邻居（cell neighbor

（2-

其中公式2-1中的

元胞：元胞又名基元、单元，是元胞自动机最基本的组成元素。元胞离散分布于一维的、二维的或者多维的欧几里

元胞邻居：是指元胞空间内的元胞需要在其搜索的空间域。一般来说，不会特别限定元胞邻居的规模，但是要求所

Von Neumann型的元胞邻居由一个中心元胞和4个位于其邻近的上、下、左、右相邻的四个元胞组成，

其中，、

Moore型邻居是由一个中心元胞的临近的上、下、左、右、右上、右下、左上、左下8个方向的元胞组成。下

公式中符号的意义与公式2-2相同，唯一区别的是在元胞空间维数为

元胞空间：理论上讲，元胞空间是任意维数的欧几里得空间（Euclidean Space），是所有元胞的

元胞规则：由元胞当前的状态以及其邻居状态确定时下一时刻元胞状态的动力学函数为状态转移函数。此函数建立

2.3 元胞自动机发展综述

2.3.1人员疏散方面的应用

2.3.2城市交通领域的应用

在交通管理方面，如何有效疏散车辆，改善节假日以及突发情况下的拥堵情况，梳理城市道路交通成为交管部门的

2.3.3土地资源规划的应用

元胞自动机作为仿真工具，还被广泛应用于土地资源规划及利用领域，主要为城市扩张及新区规划建设做模拟仿真

2.3.4舆情传播方面的应用

在舆情传播方面，张静、王欢（2017）利用元胞自动机理论建立基于微博用户群体行为互动的演化模型，用以

2.4 本章小结

方法的运用建立在理解理论的基础之上。本章通过梳理、分析“互联网+”、“互联网+政务服务”、元

第3章 政府线上公共服务模拟方法的选取

在“互联网+政务服务”的发展背景下，如何最大限度地利用网络互连获取服务信息、透过精密的数据分析知晓民

3.1 线上公共服务现存问题分析

在“互联网+政务服务”由民生倡议上升为国家战略后，全国范围内掀起了线上公共服务建设热潮，各地方政府响

（1）线上公共服务平台与政府网站存在信息资源重复建设的问题。通过浏览部分省份的线上公共服务平台，不难

（2）数据开放平台覆盖率低，公共服务事项的资源数字化程度有待提升。通过浏览已建成数据开放平台，多集中

（3）部门间数据共享程度有待提升，业务流程简化不彻底问题依旧是线上公共服务平台建设过程中的顽疾。相较

以上问题的存在，根源还是在公众需求得不到及时处理。因此，应尝试从公众视角出发，以解决供求匹配矛盾作为

3.2 元胞自动机应用于线上公共服务的可行性分析

3.2.1 元胞自动机与其他模型的对比

通过梳理线上政务服务所使用的模型，大致分为两类，国内学者注重于将用户分类，如钱丽等（2016）提出基

3.2.2 元胞状态与公众行为的适应性分析

以公众需求作为线上公共服务平台优化的出发点，公众需求行为的模拟尤为重要。公众的线上的需求行为与元胞状

（1）元胞的同质性与公众的对等性可以相互对应。元胞具有同质性要求分布在元胞空间内的每个元胞都必须遵循

（2）元胞的时空分布性与公众在线上公共服务平台的分布性有较高的相似之处。元胞空间中的每个元胞的下一个

（3）元胞的状态离散有限性与公众需求是否得到满足相对应。在既定的元胞规则下，元胞的状态值是有限个离散

（4）元胞的并行性与公众线上行为的同时性相吻合。元胞在元胞空间的分布方式以及公众在线上公共服务平台的

3.3元胞自动机应用于线上公共服务的优势分析

在确立研究思路时，部分学者较青睐于较为古典的科学方法论，它是以整体论为基础，以整体的情况把握所要研究

其次，元胞自动机具有很强的易用性。元胞自动机在实际物理现象模拟、社会学中经济危机的形成与爆发过程以及

3.4本章小结

利用元胞自动机建立线上公共服务模型，属于正向问题研究，研究的重点在与描述与动态刻画元胞自动机的演化行

4.1公众线上行为描述

政府能力评估的核心衡量标准一直都是“回应公众需求”，政府治理能力的优劣不仅仅体现在供给能力水平的高低

公众需求能否线上办理取决于线上公共服务平台已有的服务功能模块，可以说线上公共服务平台的功能数量

4.2 基于元胞自动机的政府线上公共服务模型设定

针对我国当前发展阶段线上公共服务供给与公众需求匹配性低的矛盾，为解决公众需求不能及时发现并解决等问题

假设一：基于元胞自动机的政府线上公共服务模型中的元胞数量的确定。考虑到各地方政府的线上公共服务平台的

假设二：本文建立的基于元胞自动机的政府线上公共服务模型，由于当前阶段的线上公共服务数据还不能达到实时

假设三：基于元胞自动机的政府线上公共服务模型以公众需求为切入点，利用元胞状态值的变化来反映公众的线上

4.3本章小结

元胞自动机作为一种在时间及空间均离散的动力学模型，具有很好的仿真模拟能力。元胞自动机由元胞、元胞邻居

第5章 基于元胞自动机的政府线上公共服务模型仿真

5.1 仿真软件Matlab

基于元胞自动机的政府线上公共模型的本意是对各地方政府线上公共服务的总体水平的观测，而通过线上调研全国

将原始数据按照极差变换的标注化处理方法，将每一项数据项按照第四章中的数据标准化公式4-1、响应度系数

5.3 模型仿真过程

通过对初始数据的标准化处理以及响应度系数的计算，现利用仿真工具Matlab进行模型实测。实验一比较各

通过表5-2得知，广州、武汉、哈尔滨、成都、青岛、深圳6个副省级城市的实际元胞空间边格数分别为29、

实测一：响应度系数、元胞空间维数不相同条件下，6个副省级城市的仿真过程及结果。通过对基于元胞自动机的

（1）由于计算的响应度系数的精度较高，在实际的仿真模拟时不方便于实现，故在实际的仿真模拟过程中，取响

通过对广州市的公众需求行为即线上公共服务过程的模拟仿真，不同的运行次数下，元胞的状态值都在发生变化，

（2）武汉市的响应度系数为0.32，元胞空间边格数为49，武汉市线上公共服务平台上公众需求行为变化的

通过查阅资料以及线上的调研发现，武汉市的线上公共服务平台建立时间较长，发展地相对成熟，从元胞空间边格

（3）哈尔滨市的响应度系数取值0.19，元胞空间边格数为9，具体的线上公共服务模拟仿真结果见组图5-

（4）成都市响应度系数为0.17，元胞空间边格数为8，其线上公共服务模拟仿真结果见组图5-4：

成都市的数据开放平台的完整程度以及使用频率相较其它几个城市稍弱，而且线上公共服务模拟的结果也反映出公

（5）青岛市的响应度系数为0.41，元胞空间边格数为20，相对比于笔者之前对青岛市线上公共服务平台的

青岛市的仿真运行截图中，会有小范围元胞聚集，表示元胞间有相互作用，随着运行次数的增加，最终趋于稳定的

（6）深圳的响应度系数为0.44，元胞空间边格数为21，其线上公共服务过程模拟仿真结果见组图5-6：

深圳市反映出来的结果较优于青岛市的运行结果，元胞在不同运行次数下的状态值也在发生变化，在运行200次

实测二：使各地在相同元胞空间维数，不同的响应度系数的初始条件下，横向分析六个副省级城市的线上公共服务

为控制变量，以期实现最直观的仿真效果，实测二将实测一中六个副省级城市扩大10倍后的元胞空间边格数先求

（1）广州市的响应度系数为0.54，在既定元胞空间边格数的情况下，其线上公共服务过程仿真结果见组图5

（2）深圳市的响应度系数为0.44，具体的线上公共服务过程仿真结果见组图5-8：

（3）青岛市的响应度系数为0.41，其线上公共服务过程仿真结果见组图5.9：

（4）武汉市的响应度系数为0.32，其线上公共服务过程仿真结果见组图5-10：

（5）哈尔滨市的响应度系数为0.19，其线上公共服务过程仿真结果见组图5-11：

（6）成都市的响应度系数为0.17，其线上公共服务过程仿真结果见组图5-12：

实测二通过控制不同副省级城市间的可变量，保留单一变量，通过比较不同的响应度系数所呈现的不同效果，使得

5.4 仿真结果分析

需要说明的是，选择不同的元胞运行次数可以观测元胞动态的状态值变化，初始状态下，元胞的状态值是由系统随

其中，线上参与人数由高到低分别为武汉、广州、深圳、青岛、哈尔滨、成都，但响应度系数从高到低的排序为广

实测二的意义在于直观反映不同城市的线上公共服务平台建设差异，通过划定相同的元胞空间维数，减少模型中变

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

线上公共服务平台作为“互联网+政务服务”背景下公众对线上公共服务需求表达的重要载体，其可用性、易用性

6.1 结论

本文的主要工作体现在以下三个方面：

（1）通过查阅文献与政策研读，梳理了国外电子政务的发展现状，特别是国内“互联网+政务服务”发展现状，同时深

（2）针对线上公共服务平台中公众需求与政府供给失衡的问题，为实现动态、适时地监测公众的需求变化，供求双方的

（3）依据所建立的基于元胞自动机的政府线上公共服务模型，通过实地调研不同城市的线上公共服务平台，选取了数据

6.2 展望

尽管本文将元胞自动机与公众线上需求行为相结合，提出了基于元胞自动机的政府线上公共服务模型并动态

（1）当前的线上公共服务平台的数据开放模块实用性不高，公共服务的电子数据得不到及时的统计分析，线上公

（2）受限于线上公共服务平台的公共服务数据电子化水平，基于元胞自动机的政府线上公共服务模型中并没有将

（3）随着线上公共服务平台的顶层设计日趋完善，希望政府能够注重数据开放模块建设，完善线上公共服务数据

攻读硕士期间论文发表情况及科研情况

[1]程灏,刘旭然.基于元胞自动机的政府线上公共服务模型及仿真研究[J].领导科学,2018,(08):8

[2]程灏,刘旭然,赵冰.地方政府线上政务服务平台发展瓶颈及路径解析[J].管理工程师,2018,23 (

[3]Cheng Hao,Liu Xuran.Exploring the impact of public

[7]青岛市社科规划项目：基于O2O 一体化视角下的青岛市政府公共服务能力研究（项目编号：QDSKL170

致 谢

执笔伏案写作至此，恍然发现，两年半的紧张、欢快、充实的研究生学习生涯即将结束，不由得感慨时间流逝之快

首先要感谢的是我的导师程灏教授，在大学四年的学习生活中，程老师不仅教授我们知识，还组织我们参与社会实

其次，我要感谢管理工程学院的荀志远老师、姜东民老师对我论文结构提出的宝贵建议，感谢张振森老师、王连月

最后，心怀感念，感谢父母的培养。我的父亲母亲在自己的职业岗位上努力拼搏只为给我一个更好的学习环境，他

当我最后一次写出青岛理工大学这几个字的时候，心中无限感慨，意味着要和我青春里最浓墨重彩的一笔说再见了

衷心地感谢审阅学生论文的专家们，向您说一声，您辛苦了！学生在此向您致以崇高的敬意！祝愿您在学术研究上

附 录

表索引

图索引