摘 要

近年来，我国城市发展进程的加快，随着城市人口密度的不断增加，交通拥堵以及交通所带来的环境污染问题日益显著。针对此类问题，我国各大城市都在尝试优先发展公共交通的战略。城市居民日常出行行为选择中，往往面临着公共交通与私人交通的抉择。城市管理者在对城市交通资源管理时，如何对这两种交通工具进行平衡，鼓励城市居民采用公共交通出行，使其在经济条件下更好的解决城市交通拥堵问题将成为研究的重点。城市居民日常出行的两种方式，主要受居民出行方式选择行为的影响，因此对城市居民出行方式选择的研究显得尤为必要。

考虑到行为人的有限理性特点，本文在有限理性的框架下，基于前景理论和演化博弈理论展开研究，针对城市居民出行方式选择行为研究的工作主要内容分为以下两点：

（1）首先通过对影响居民出行方式的因素进行分析，将主要的因素分为：出行时间、出行费用、出行舒适度以及个体风险偏好四点。然后以前景理论建立了出行方式决策行为模型，计算以上四点因素的前景值并构建综合前景值模型。

（2）将前景理论应用到演化博弈理论中，利用综合前景值替换收益函数，构建了基于小世界网络的出行方式选择模型。分析了小世界网络结构对理性个体策略更新的影响。最后利用Python程序语言进行模型仿真，通过分析得到了不同参数影响条件下，网络群体的出行策略演化过程以及稳定策略。该模型兼顾出行个体的有限理性特性，又体现了出行者之间在策略更新时的相互影响。

本文在研究城市居民出行方式选择上考虑了城市居民有限理性以及信息交互的特点，分析了在不确定性交通环境下城市居民的出行方式选择行为，将两种理论结合应用到出行交通工具选择行为研究中，研究结果更加符合真实情况。基于本文的研究结果和结论，可以为城市交通管理者提供可靠的理论支撑。

关键词：出行方式选择；有限理性；前景理论；演化博弈

Abstract

In recent years, the city development process in China has accelerated. With the increasing city population density, traffic jam and the environmental pollution caused by transportation have become increasingly prominent.In response to such problems, major cities in China are carrying out priority strategies for public transport development. City’s residents often face the choice of public transportation and private transportation in their daily travel behavior choices. Then, under the coexistence of these two major modes of transportation, how to allocate urban transportation resources and encourage urban residents to use public transportation to better solve urban traffic jam under economic conditions will become the focus of my research. The proportion of public transportation in the daily travel mode of city’s residents is mainly influenced by the choice of residents' travel modes. Therefore, it is necessary to study the choice of travel modes of urban residents.

Considering the bounded rationality of the agent, this paper studies the prospect theory and the evolutionary game theory under the framework of bounded rationality. The main contents of the research on the behavior of urban residents' travel mode selection are as follows:

(1) Firstly, analyzes the factors that influence residents' travel style, the factors are divided into: travel time, travel expenses, travel comfort and individual risk preference. Then, based on the prospect theory, the travel mode decision behavior model is established, calculated the prospect values ​​of the above four factors and the comprehensive prospect value model is constructed.

(2) Applying the prospect theory to the evolutionary game theory, using the comprehensive prospect value to replace the revenue function, the travel mode selection model based on the small world network is constructed. The influence of the small world network structure on the update of rational individual strategies is analyzed. Finally, the model simulation is carried out by using Python programming language. Through the analysis, the evolution process and stability strategy of the travel strategy of network groups are obtained under the influence of different parameters. The model takes into account the bounded rationality of travel individuals and reflects the interaction between travelers in strategy update.

This paper considers the characteristics of urban residents' bounded rationality and information alternant, analyzes the travel behavior choices of urban residents in the uncertain traffic environment, and applies the prospect theory and evolutionary game theory to the travel mode, the results are more realistic. Based on the research results and conclusions of this paper, it can provide reliable theoretical support for urban traffic managers.

Key Words: Travel Mode Choice; Bounded Rationality; Prospect Theory; Evolutionary Game Theory

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 目的及意义 2

1.2 研究综述 2

1.2.1 国内外研究现状 2

1.2.2 研究现状小结 3

1.3．研究内容及方法 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 技术路线 4

第2章 低碳绿色出行及出行方式的选择 6

2.1 城市交通及低碳绿色出行 6

2.1.1 城市交通的分类 6

2.1.2低碳绿色出行的内涵 6

2.2 城市居民出行方式的选择 7

2.2.1 出行个体的特性 7

2.2.2 出行方式选择影响因素 7

第3章 有限理性下出行方式决策行为分析 9

3.1 有限理性及决策行为 9

3.1.1 理性及有限理性 9

3.1.2 行为决策理论的发展 10

3.2 出行方式选择的行为决策分析方法 11

第4章 基于前景理论的交通出行选择行为研究 13

4.1 前景理论的概述 13

4.1.1 前景理论的主要内容 13

4.1.2 前景理论的核心思想 15

4.2 基于前景理论的模型建立 15

4.2.1 出行时间前景值 16

4.2.2 出行费用前景值 16

4.2.3 乘车舒适度前景值 17

4.2.4 综合前景值 17

4.3 出行方式选择过程 18

第5章 基于小世界网络的交通出行选择策略动态演化博弈研究 19

5.1 演化博弈的概述 19

5.1.1 演化博弈的特征及基本要素 19

5.1.2 演化博弈在交通出行领域应用的可行性 19

5.2 基于小世界网络的前景值演化博弈方法 20

5.3 模型的建立 20

5.3.1 小世界网络特征 21

5.3.2 收益计算 22

5.3.3 策略更新规则 22

5.3.4 策略突变规则 23

5.4 仿真设计 23

5.4.1 仿真模拟基本步骤 23

5.4.2 初始参数设定 24

5.5 仿真结果分析 24

第6章 总结与展望 33

6.1 研究总结 33

6.2 研究展望 33

参考文献 35

致谢 38

附录A 仿真模拟程序代码 39

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 研究背景

随着全世界范围内温室效应气体以及化石类资源消耗总量的逐年上升，各国都面临着环境日益恶劣以及能源消耗殆尽双重压力。大力发展低碳经济在全球各个国家之间已经达成了普遍的共识，并取得了较好的成绩。然而，不能忽视的是在公共交通领域，污染排放的居高不下情况仍然存在。目前，我国已经是世界第二大经济体以及世界人口最多的国家，城市的快速发展使得资源和人口不断的向各大城市聚集，其随之带来的是城市人口的激增、城市交通堵塞的城市疾病，由此各地的城市管理者在不断建设和完善基础设施，但其不可避免的加剧了城市私家车拥有量。根据2018年的统计数据显示，目前，我国个体拥有的小型及微型汽车已经达到了亿量，平均每一百户人家中有家已经拥有了至少一辆私家车。从全国范围来看，我国已有个城市的汽车保有量超过百万，如此庞大的私家车保有数额，让城市污染治理难度以及城市拥堵情况加剧。在此背景下，不断有学者指出合理利用城市有限交通空间，优化出行方式，鼓励出行者绿色出行才是解决城市交通污染和交通拥堵问题的关键。

作为我国碳排放控制的重点领域，道路交通的碳排放现状及改善受到了来自于政府和学界的许多关注^[1]。“十三五”是我国全面建成小康社会的决胜阶段，城市交通应该如何发展，同样面临着新挑战^[2]。在“优先发展公共交通”的战略举措下，我国各大城市正在建设以常规公共交通配合轨道公共交通的综合交通体系。与私家车不同，公共交通有着载客量大、安全、道路空间占用较少、能耗低的明显优势。伴随着“互联网 ”的发展和应用，智慧交通、共享交通等新兴概念以及新兴产品不断涌入到交通市场，城市出行者的出行方式更加的丰富多样^[3]。传统公共交通与新兴共享交通融合，推动了以绿色出行为导向的城市发展新模式，公众对绿色出行也体现出了更大的兴趣。

出行方式选择的本质其实就是出行者的决策和行为方式，鼓励出行者绿色出行就需要从微观层面进行研究。出行者的个人禀赋，包括感知、偏好、收入水平等均会在此微观环境中有所体现。长期以来，传统经济学普遍采用“完全理性人”作为研究的依据，在此基础上通过缜密的数学方法来构建研究方法体系。然而在现实中的人们往往受到自身认知的限制，而且存在一定的偏好，成为完全理性人是不可能的。只能在有限理性的条件下做出判断^[4]。考虑到社交网络的复杂性，个体的出行交通方式的选择也受制于所处的社交网络结构。通过研究真实社交网络下，有限理性个体在出行交通方式选择过程中的差异，对促进城市低碳绿色出行发展有着重要的意义。

1.1.2 目的及意义

当前不止是中国，世界各国的城市化进程不断加速，我国由于人口压力和环境等因素的影响，大城市的交通成为一个不能忽视的大问题，随之而来的挑战也是前所未有的。个体行为分析的研究可以根据所研究的重点不同进行不同的划分，从出行个体角度来看交通方式的选择则是在之一分类中个体行为分析的重点。交通方式的选择关乎到城市交通系统的诸多方面，系统的组成到运行都有着千丝万缕的联系。因此，为了使将道路交通高效运转，减少大面积交通管堵塞现象发生，并提高城市绿色发展的进程，需要定量研究出行个体的交通选择行为，通过全面把握和分析其内在规律，提供科学、合理的依据为城市交通部门制定交通政策措施时进行参考，实现城市交通资源的合理构成。

1.2 研究综述

1.2.1 国内外研究现状

选择绿色出行工具作为减少能耗、降低有害气体排放的出行方式，属于环境行为的一种，目前关于环境行为的国内外研究相对较丰富。关于环境行为影响因素的实证研究，国内外学者主要运用干预研究、实地调查、计量分析等方法并取得了较为丰富的研究成果。

国外针对此类研究进行的比较早， Triandis（1977）的人际行为理论^[5]指出，在众多变量中，外部的变量会对个体行为产生显著的影响，同时在个体产生想法到付诸实际之间存在着较为明显的调控的作用。Pross（2008）认为，影响出行者交通工具选择的主要分为内外部两个方面；内部因素包括个体的年龄水平、是否拥有私家车、目的地的远近、出行所需时间、出行的花费等，外部因素包括城市整体发展水平、国家法律法规等^[6]。目前学者们的研究结论涉及到的情境变量主要包含社会规范、法令和规定、基础条件、物质激励、行为成本等外部条件。

国内在这一领域的研究开始的较晚，但国内学者根据我国的实际特点将不同领域的知识融合到了针对出行工具行为的研究中，扩宽了研究范围。黄树森（2008）等和许芳（2001）等通过对绿色交通出行的研究发现，社会人口统计量会对出行者选择绿色出行产生显著的影响^{[7, 8]}。刘炳恩（2008）等通过非集计离散选择模型方法发现出行者的习惯、爱好、收入水平高等难以测定的因素同样对其选择交通工具产生影响^[9]。

1973 年，英国学者Maynard 和 Price（1974）在对生物进化现象进行研究时，将其与博弈论结合提出了均衡的概念，这一概念在演化博弈理论的研究有着重要的象征，即进化稳定策略^[10]。近年来，也不断的有研究人员想要通过实验数据来验证演化模型假设是合理的，Cheung 和 Friedma（1998）选择了演化模型和加权虚拟行动模型对两个博弈：鹰鸽博弈和买方卖方博弈进行实验，试验后通过对实验数据的拟合，得出相关结论，即在使用演化模型和加权虚拟行动模型时会出现群体所选的聘书的平均绝对偏差较大的情况，但是使用演化博弈还是可以在群体选择行为领域良好应用^[11]。在交通出行行为选择方面，演化博弈理论也逐渐在应用到其中。关宏志（2010）等基于出行者不能很好的掌握所有的信息及不完全理性的前提下，运用演化博弈理论构建模型，对出行者交通选择行为进行建模分析^[12]。程苑（2015）对共享汽车与私家车进行比较，运用演化博弈理论，通过对两种交通工具选择的演化过程进行分析，为共享汽车的发展以管控提供了理论依据。王桂鹏（2018）将出行者考虑在不完全理性上，利用演化博弈的观点分析了出行者在相互影响下不同公共交通方式的分担比例^[13]。

1.2.2 研究现状小结

总的来说，现有的出行方式选择的研究大部分是基于实证数据，或是在研究中假定个体在做选择时是完全理性的，并且出行个体往往对环境中的各类因素十分清楚。但在实际生活中，交通出行参与人往往只能做到有限理性，对于这一领域的相关研究才刚刚开始。而且类似的研究也很少会将出行者的个人禀赋因素和社会网络中的相互影响考虑其中。此外，在分析出行方式选择上，虽然考虑采用了基于有限理性的演化博弈的研究方法，不过大多数研究并未强调在演化博弈模型中的支付函数实际是根据完全理性假设设定的，此类研究往往也没有对这一点进行改进。因此，本文的研究主要以前景理论出发，考虑出行者在个人禀赋不同的情况下对风险偏好产生差异，对出行方式选择进行分析。同时，将演化博弈与前景分析理论结合，通过前景理论避免演化博弈模型中期望函数基于完全理性假设的缺陷，通过演化博弈解决前景理论中个体中间无法交互的缺陷。

1.3．研究内容及方法

1.3.1 研究内容

论文主要内容以及结构分为以下六章：

第 1 章 绪论主要介绍论文的研究背景和研究意义，对论文所研究的出行者绿色出行影响因素、所应用的有限理性理论、复杂网络与群体演化博弈研究等内容进行了阐述。最后，通过对说明各章节的内容和采用的技术路线，概括了论文的研究丝萝和整体框架。

第 2 章 参考国内外文献，对环保低碳出行的概念进行界定，从分析城市出行者出发，通过分析宏观和微观不同因素对出行者交通工具选择有何影响，并进一步讨论各类因素如何对个体产生作用，从而为后续的研究确定了理论基础。

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