王雪蕊 侯為根 陳旬旬

摘要：為了預(yù)測(cè)未來(lái)世界語(yǔ)言的發(fā)展趨勢(shì)，將基于時(shí)間仿真模型與元胞自動(dòng)機(jī)模型結(jié)合，進(jìn)行時(shí)間和空間兩個(gè)維度的預(yù)測(cè).首先進(jìn)行指標(biāo)選取，將算法與BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，獲得關(guān)鍵參數(shù)，最后進(jìn)行模型擴(kuò)展，以獲得更大時(shí)間跨度的研究?jī)?nèi)容.在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型，將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化成笛卡爾坐標(biāo)系，模擬離散空間變量，并使用維基百科提供的數(shù)據(jù)，用Matlab軟件模擬得出結(jié)果.模擬結(jié)果表明，50年后，目前世界排名前十的語(yǔ)言中有四種語(yǔ)言將被替換.語(yǔ)言作為人類交流工具，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化交流等有密切聯(lián)系，研究結(jié)果可用于預(yù)測(cè)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展趨勢(shì).

關(guān)鍵詞：時(shí)間仿真模型;元胞自動(dòng)機(jī);語(yǔ)言發(fā)展

中圖分類號(hào)：TP391? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）07-0065-05

語(yǔ)言是人類交流的工具，目前世界上約有6900種語(yǔ)言，隨著全球化進(jìn)程的不斷加快，語(yǔ)言也在不斷發(fā)展.語(yǔ)言交際與經(jīng)濟(jì)貿(mào)易、國(guó)際政治活動(dòng)有著密切關(guān)系[1]，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)語(yǔ)言發(fā)展有著重大意義.人們研究語(yǔ)言往往是從它的起源開(kāi)始研究，涉及的影響因素有地理、歷史、文化等，由感性研究得出的結(jié)論，往往缺少客觀性，得出的結(jié)論準(zhǔn)確度不高.還存在一些方法，例如元胞自動(dòng)機(jī)[2]的方法，支持向量機(jī)[3]的方法，均是只從空間角度來(lái)預(yù)測(cè)語(yǔ)言發(fā)展趨勢(shì).本文除了運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)的方法，還增加了時(shí)間仿真模型，將時(shí)間和空間兩個(gè)維度結(jié)合起來(lái)，基于BP網(wǎng)絡(luò)和Matlab仿真，引入?yún)?shù)推導(dǎo)出算法，更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了未來(lái)語(yǔ)言發(fā)展趨勢(shì).

現(xiàn)今世界語(yǔ)言的分布不僅受到地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、歷史因素及人口遷移的影響，還與一個(gè)國(guó)家的政策開(kāi)放程度等因素有關(guān).人口出生和死亡必將影響各語(yǔ)言使用者總數(shù)，由于戰(zhàn)爭(zhēng)、移民等導(dǎo)致的人口遷入和遷出也是影響因素，因?yàn)楝F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，各國(guó)人口在將本國(guó)語(yǔ)言作為母語(yǔ)的同時(shí)，還可能掌握一種或多種語(yǔ)言作為第二語(yǔ)言，所以語(yǔ)言之間的轉(zhuǎn)換現(xiàn)如今也成了影響因素之一.

時(shí)間仿真模型認(rèn)為不同語(yǔ)言使用者的數(shù)量可以相互傳遞，語(yǔ)言使用者的總數(shù)只與出生率，死亡率，遷入率，遷出率和轉(zhuǎn)換率有關(guān).語(yǔ)言使用者總數(shù)隨時(shí)間變化，隨著時(shí)間的推移獲得各種語(yǔ)言使用者的數(shù)量.元胞自動(dòng)機(jī)模型將地球表面劃分為[-89，89]×[0，359]細(xì)胞，這與經(jīng)度和緯度一致.在語(yǔ)言的初始值被選中后，它將遵循本文定義的規(guī)則.在模擬中，我們將得到每種語(yǔ)言在地理上的分布.本本文的模型使用維基百科提供的當(dāng)前各種語(yǔ)言使用者數(shù)量[4]進(jìn)行驗(yàn)證.兩種模型模擬了2016年的數(shù)據(jù)，并且得出的結(jié)果顯示了與2017年世界語(yǔ)言分布較為一致.因此，在此基礎(chǔ)上的擴(kuò)展模型可以用來(lái)研究50年內(nèi)的語(yǔ)言發(fā)展趨勢(shì).

1 指標(biāo)選取和解釋

本文選取了出生率、死亡率、遷入率、遷出率、語(yǔ)言轉(zhuǎn)換率五個(gè)指標(biāo)作為影響因素，下面對(duì)它們做出詳細(xì)解釋.

1.1 出生率和死亡率

很顯然，出生和死亡帶來(lái)人口數(shù)量的變化，隨之帶來(lái)語(yǔ)言使用者數(shù)量的變化，

一般地，出生率有以下計(jì)算公式：

這里，S指的是各國(guó)人口出生總?cè)藬?shù)，M為世界總?cè)丝跀?shù)，但由于地理環(huán)境、生活習(xí)慣、國(guó)家政策的不同，世界195個(gè)國(guó)家的出生率？琢和死亡率？茁也不盡相同，因此本文的？琢和？茁的計(jì)算均采用平均值計(jì)算公式：

在此，出生率和死亡率將是一個(gè)恒定的平均值，并且指的是日出生率和日死亡率，k=1，…，195指的是國(guó)家數(shù)，？琢k指的是各國(guó)人口出生率，？茁k指的是各國(guó)人口死亡率，mk指的是各國(guó)人口數(shù)，M指的是世界總?cè)丝跀?shù).

1.2 遷入率和遷出率

毫無(wú)疑問(wèn)，遷入人口對(duì)第二語(yǔ)言的沖擊力最大，由于遷入人口在遷入國(guó)的生存壓力或環(huán)境影響下將被迫或主動(dòng)掌握該國(guó)家的語(yǔ)言，形成第二語(yǔ)言，且隨著時(shí)間的發(fā)展，遷入人口的后代將以極大概率把遷入國(guó)語(yǔ)言轉(zhuǎn)變?yōu)槟刚Z(yǔ)使用，因此，遷入人口的增加勢(shì)必會(huì)增加遷入國(guó)語(yǔ)言使用者的數(shù)量.因種族、文化、信仰、政策的不同，遷入率？酌和遷出率？啄也同樣會(huì)因?yàn)閲?guó)家的不同而不同，所以本文對(duì)遷入率和遷出率同樣采用平均值算法：

在此，遷入率和遷出率將是一個(gè)恒定的平均值，并且指的是日遷入率和日遷出率，k=1，…，195指的是國(guó)家數(shù)，？酌k指的是各國(guó)人口遷入率，？啄k指的是各國(guó)人口遷出率，mk指的是各國(guó)人口數(shù)，M指的是世界總?cè)丝跀?shù).

1.3 語(yǔ)言轉(zhuǎn)換率

語(yǔ)言轉(zhuǎn)換率為一種語(yǔ)言使用者學(xué)習(xí)另外一種語(yǔ)言，從而忘記其母語(yǔ)語(yǔ)言的概率.當(dāng)一種語(yǔ)言很少被使用時(shí)，或者該語(yǔ)言本身較難學(xué)習(xí)時(shí)，一般而言會(huì)增加該國(guó)大部分人放棄學(xué)習(xí)該國(guó)語(yǔ)言的概率，并選擇學(xué)習(xí)一種較為簡(jiǎn)單通用的語(yǔ)言以供交流，例如拉丁語(yǔ)[5]就是一種日?？谡Z(yǔ)已經(jīng)消亡的西方古典語(yǔ)言，今天一般只作為文獻(xiàn)語(yǔ)言以供研究.此外如果一個(gè)人很少說(shuō)他的母語(yǔ)，那么他有很大可能不會(huì)與另一個(gè)說(shuō)同樣語(yǔ)言的人結(jié)婚，因此，人們普遍認(rèn)為，他們之間的對(duì)話將基于一種常用語(yǔ)言，他的孩子也將學(xué)習(xí)這種通用語(yǔ)言，那么一代代發(fā)展下去，此人的母語(yǔ)有很大可能被遺忘，例如長(zhǎng)期生活在漢族地區(qū)的少數(shù)民族的人，他們將很大可能同漢族人結(jié)為夫妻，由于生活、工作和學(xué)習(xí)的原因，他們以及他們的后代將會(huì)使用漢語(yǔ)而不是少數(shù)民族語(yǔ)言.此外，當(dāng)發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)或信仰入侵，也會(huì)使語(yǔ)言之間互相轉(zhuǎn)換.社會(huì)壓力，政府推動(dòng)以及文化群體的同化等也會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)言之間發(fā)生轉(zhuǎn)換.

∈ij表示從語(yǔ)言i到j(luò)的轉(zhuǎn)換率.一般來(lái)說(shuō)，它可以定義為：

這里，tij指的是語(yǔ)言i轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言j的人數(shù)，mi指的是語(yǔ)言i的使用者總數(shù)，事實(shí)上，很難找到有多少人學(xué)習(xí)新語(yǔ)言并且忘記他們的母語(yǔ)，因此，我們決定將本文設(shè)計(jì)的算法與BP（背景傳播）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái).根據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織最新發(fā)布的世界瀕危語(yǔ)言圖譜[6]可知，全世界大約有7000種語(yǔ)言，其中一半以上的語(yǔ)言將在21世紀(jì)末消亡，80%—90%則在未來(lái)的200年內(nèi)滅絕，基于語(yǔ)言的影響力，本文只選取當(dāng)今世界排名前26名的語(yǔ)言進(jìn)行研究，這26種語(yǔ)言分別是：漢語(yǔ)普通話、英語(yǔ)、印度語(yǔ)、西班牙語(yǔ)、阿拉伯語(yǔ)、馬來(lái)語(yǔ)、俄語(yǔ)、孟加拉語(yǔ)、法語(yǔ)、葡萄牙語(yǔ)、豪薩語(yǔ)、旁遮普語(yǔ)、日語(yǔ)、德語(yǔ)、波斯語(yǔ)、斯瓦希里語(yǔ)、泰盧固語(yǔ)、爪哇語(yǔ)、吳語(yǔ)、韓語(yǔ)、泰米爾語(yǔ)、馬拉提語(yǔ)、粵語(yǔ)、土耳其語(yǔ)、越南語(yǔ)、意大利語(yǔ).將2016年語(yǔ)言排名前26的使用者人數(shù)作為初值，即p0，與2017年維基百科的數(shù)據(jù)形成鮮明對(duì)比.因此得到26輸入和26輸出的權(quán)重矩陣[7].圖1為BP網(wǎng)絡(luò)圖.

在此，p0指的是語(yǔ)言使用者數(shù)量初值，權(quán)重矩陣是∈ij矩陣.在網(wǎng)絡(luò)[8]中，有26個(gè)隱藏層和26個(gè)神經(jīng)細(xì)胞.2016年各種語(yǔ)言的總使用者是輸入，而2017年各種語(yǔ)言的總使用者是輸出.在訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)后，我們得到了∈矩陣.如圖2所示.

2 時(shí)間仿真模型

2.1 基本模型

在時(shí)間仿真模型中，將整個(gè)世界視為一個(gè)整體，分別考慮每種語(yǔ)言.而對(duì)于每種語(yǔ)言，使用者的總數(shù)只與出生率，死亡率和每種語(yǔ)言之間的轉(zhuǎn)換率有關(guān)，在這里，因?yàn)榭紤]的是時(shí)間維度，所以忽視遷入率和遷出率，偏向于出生率、死亡率和語(yǔ)言轉(zhuǎn)換率.關(guān)系如圖3所示.首先，我們只考慮兩種語(yǔ)言.在這個(gè)基本模型中，n表示天數(shù)，從1月1日開(kāi)始統(tǒng)計(jì).

3 時(shí)空元胞自動(dòng)機(jī)模型

由于世界各語(yǔ)言在不同地理位置上的分布是不同的，因而在考慮時(shí)間的同時(shí)，還應(yīng)考慮空間因素，為此建立元胞自動(dòng)機(jī)模型.該模型基于時(shí)間仿真模型，但更加復(fù)雜.元胞自動(dòng)機(jī)（CA）是一種時(shí)間和空間都離散的動(dòng)力系統(tǒng)，其整體行為是在個(gè)體行為共同作用下實(shí)現(xiàn).本文在研究中采用二維CA，將整個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系平面看成是一張二維的規(guī)則格網(wǎng)，每一格網(wǎng)代表一個(gè)元胞，且在任意時(shí)刻都有自己的狀態(tài)值，即任意時(shí)刻的各語(yǔ)言使用者人數(shù)，狀態(tài)的更新依賴于轉(zhuǎn)換規(guī)則函數(shù)，即公式（1）（2）（3）（4）（5）（11），元胞下一時(shí)刻的狀態(tài)值是由上一時(shí)刻該元胞及其鄰域元胞狀態(tài)綜合決定的.

首先，我們將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換[9]為笛卡爾坐標(biāo)系.值得注意的是經(jīng)度∈[-180，180]，這意味著西經(jīng)180°，東經(jīng)180°.緯度∈[-90，90]，這意味著南緯90°，北緯90°.另一個(gè)需要注意的是，坐標(biāo)（4，88）并不表示它的經(jīng)度是4°，緯度是88°.實(shí)際上，它表示該位置對(duì)應(yīng)經(jīng)度軸上的第4元胞和緯度軸上第88元胞.坐標(biāo)（lo，la）代表元胞自動(dòng)機(jī)在每一個(gè)小方格的位置，lo表示經(jīng)度軸方向的坐標(biāo)，la表示緯度軸方向的坐標(biāo).

圖5闡述了該模型的工作原理：

元胞自動(dòng)機(jī)中每一個(gè)格子中的人數(shù)會(huì)隨著時(shí)間的推移（時(shí)間仿真模型）而改變，每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)為一天.元胞自動(dòng)機(jī)模型中，與時(shí)間仿真模型不同，此處進(jìn)行的是空間分布研究，因此會(huì)更加關(guān)注遷入率？酌和遷出率？啄.

這里只考慮了3種語(yǔ)言，下面是具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

（1）遷移方向和距離：對(duì)于每個(gè)元胞自動(dòng)機(jī)，它只有四個(gè)方向可以遷移：向上，向下，向左和向右.在初始模型[10]中，遷移距離一次不應(yīng)超過(guò)10個(gè)元胞自動(dòng)機(jī).由于每個(gè)元胞自動(dòng)機(jī)只能移動(dòng)一次，因此我們需要一種算法來(lái)確定方向和距離.實(shí)際上，我們定義任何方向具有相同的概率，即：

4 預(yù)測(cè)分析

4.1 第一部分

P0為26種語(yǔ)言使用者初值（單位：百萬(wàn)）：

P0=[1090 983 544? 527 422 281 267 261 229 229 150 148 129 129 121 107 92 84 80 77 75 74 72 71 68 66]

首先進(jìn)行1年內(nèi)26種語(yǔ)言的母語(yǔ)使用人數(shù)的預(yù)測(cè)，利用Matlab軟件[11]模擬，模擬365天后，我們得到了以下結(jié)果（單位：百萬(wàn)）：

在此，P0指的是語(yǔ)言使用者總數(shù)，根據(jù)結(jié)果，第9種語(yǔ)言（葡萄牙語(yǔ)）成為第10種語(yǔ)言，而第10種語(yǔ)言（法語(yǔ)）成為第9種語(yǔ)言，并且漢語(yǔ)普通話[12]總數(shù)略有下降而英語(yǔ)使用者有所增加，但總體變化幅度不大.

4.2 第二部分

接下來(lái)繼續(xù)用matlab來(lái)執(zhí)行模擬，時(shí)間改為50年，即365×50天，得到以下結(jié)果，P0同上.

由圖8可見(jiàn)，50年的時(shí)間跨度內(nèi)，語(yǔ)言發(fā)展趨勢(shì)變化明顯.觀察可得：（1）上升趨勢(shì)明顯型：英語(yǔ)、法語(yǔ)、吳語(yǔ)（上海話）.（2）上升趨勢(shì)緩慢型：馬來(lái)語(yǔ)、日語(yǔ)、德語(yǔ).（3）變化趨勢(shì)平穩(wěn)型：英語(yǔ)、西班牙語(yǔ)、阿拉伯語(yǔ).（4）波動(dòng)性下降較為顯著型：漢語(yǔ)普通話、阿拉伯語(yǔ)、俄語(yǔ).另外，50年后，目前排名前十的名單中有四種語(yǔ)言被替換，它們分別是：西班牙語(yǔ)、俄語(yǔ)、孟加拉語(yǔ)和葡萄牙語(yǔ)，新進(jìn)入排名前十的四種語(yǔ)言分別是：豪薩語(yǔ)、日語(yǔ)、德語(yǔ)和吳語(yǔ)（上海話）.表2是現(xiàn)在世界排名前十的語(yǔ)言以及建模得出的五十年后世界排名前十的語(yǔ)言.

5 結(jié)語(yǔ)

世界在發(fā)展，語(yǔ)言也在不斷發(fā)展，通過(guò)建立時(shí)間仿真模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型，將時(shí)間和空間維度相結(jié)合，推算關(guān)鍵參數(shù)和算法，引入BP網(wǎng)絡(luò)，并運(yùn)用Matlab仿真，得出以下結(jié)論.

5.1 50年后，目前排名前十的名單中有四種語(yǔ)言被替換，它們分別是西班牙語(yǔ)、俄語(yǔ)、孟加拉語(yǔ)和葡萄牙語(yǔ)，新進(jìn)入排名前十的四種語(yǔ)言分別是豪薩語(yǔ)、日語(yǔ)、德語(yǔ)和吳語(yǔ)（上海話）.

5.2 英語(yǔ)在50年后將會(huì)排名第一，其次是印度語(yǔ)，漢語(yǔ)當(dāng)中有普通話和吳語(yǔ)兩種語(yǔ)言都在前十之列.即具有強(qiáng)烈影響力的語(yǔ)言，大多數(shù)國(guó)家更希望選擇它作為他們的第二語(yǔ)言，并且會(huì)更快地增加并且更廣泛地使用，這與世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r有關(guān).

本文使用的建模方法還可用于時(shí)間跨度更長(zhǎng)的語(yǔ)言發(fā)展趨勢(shì)研究.但在參數(shù)選取方面，本文假設(shè)未來(lái)50年內(nèi)世界處于平穩(wěn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，因此將一些參數(shù)考慮為恒定值，若考慮其為動(dòng)態(tài)可變的，會(huì)使得結(jié)果準(zhǔn)確度進(jìn)一步提高.

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