基于聚類分析的可持續發展實驗區分類評價研究

陳華榮 王曉鳴

(華中科技大學土木工程與力學學院,湖北武漢 430074)

基于聚類分析的可持續發展實驗區分類評價研究

陳華榮 王曉鳴

(華中科技大學土木工程與力學學院,湖北武漢 430074)

針對傳統的經驗分類方法導致的客觀性缺乏等問題,從數據著手,運用聚類分析的手段根據實驗區數據本身的結構特征對實驗區進行分類,揭示出不同實驗區發展狀態之間的相似性和差異性,研究得出合理的實驗區分類標準和分類數量,并在此基礎上初步設計了實驗區分類評價模型,為實驗區的分類管理實踐提供了理論依據和技術手段。根據對17個實驗區樣本數據的分析結果顯示,可按照實驗區經濟發展狀況和生態環境狀況兩方面的情況,將實驗區劃分為以加速經濟發展為主題的實驗區、以促進生態環境建設為主題的實驗區和以全面協調發展為主題的實驗區3類。以上述標準進行分類,各類實驗區之間的差異顯著而同類實驗區存在較好的相似性。實驗區的評價流程可劃分為如下的兩個步驟:首先將待評價實驗區數據與該階段已有實驗區數據對比,通過專家評價法或聚類分析過程,劃定該實驗區所屬的種類;而后參照同類別實驗區相關指標,進行定性或者定量評價。

可持續發展;實驗區;聚類分析;評價

國家可持續發展實驗區建設作為中國探索可持續發展道路的一種嶄新模式,日益受到理論研究界的重視。目前,針對國家可持續發展實驗區(下文簡稱“實驗區”)的研究主要集中在探索實驗區管理、建設和規劃思路[1-3];分析實驗區管理建設過程中面臨的實際問題[4-6]以及以地方實驗區為對象的實證研究[7-9]等方面。在新的歷史發展時期,加強對國家層面實驗區分類管理思路研究,完善管理操作流程,是提高實驗區管理工作能效,推進可持續發展探索實踐的重要途徑。

1 國家可持續發展實驗區的管理與分類

現行的《國家可持續發展實驗區管理辦法》將國家級實驗區的建設管理過程劃分為三個階段:新區申報階段、中期檢查階段和期末驗收階段。從管理的基礎理論看[10],在各個階段的評審或檢查過程中,對特定區域的可持續發展水平進行測量,即對某一區域在特定時點的經濟、社會、環境、資緣等諸要素的協調狀態進行度量具有十分重要的意義(見表1)。

目前對區域可持續發展水平的測量大體分為兩種方式:一種是測量該水平的相對值(如區域可持續發展水平所處位次等);另一種為定量測量該水平的絕對值(如設計評價指標體系及協調度的計算方法得出確定分值)。在管理理論和實踐中,由于評價對象分屬不同的類型(見表2),無論采取何種測量方法,試圖采用一套固定的指標來評價不同類型的實驗區均缺乏足夠的說服力和可操作性。

因此,以現有實驗區管理統計指標為基礎,尋求一種合理的分類依據(在眾多的分類標準采用哪一種或幾種標準作為分類依據),在此基礎上對待評價實驗區歸類,而后在同一類別中對實驗區進行橫向比較成為一種比較可行的評價思路。在此過程之中,通過研究得出合理可靠的分類依據是評價過程的關鍵,本研究主要致力于解決分類依據(包括分類數量和分類標準)問題。

表1 不同管理階段測量區域可持續發展水平的作用Tab.1 Function of measuring the district sustainable development level in different management period

表2 實驗區分類標準與類型Tab.2 Classify criterion and styles of CNSCs

2 實驗區的聚類分析思路與分類評價模型

2.1 聚類分析原理

聚類分析是按照數據本身的結構特征對數據進行分類的一種探索性統計方法。其實質就是按照距離的遠近將數據分為若干個類別,使得類別內數據的“差異”盡可能小,類別間“差異”盡可能大[11]。聚類分析的基本步驟首先確定距離的基本定義和類間距離的計算方式,隨后按照距離的遠近,通過把距離接近的數據一步一步歸為一類得到可能的聚類結果,最后再利用一些相應的指標來確定聚為幾類最為合適。

2.2 實驗區聚類分析思路及分類評價模型

對實驗區的數據進行聚類分析旨在改變傳統的經驗劃分方法,從數據著手,運用聚類分析方法從實驗區申報數據本身的結構特征對數據進行分類。具體而言,即以現有統計指標為基礎,以實驗區申報數據為對象,對一定數量實驗區的申報數據進行聚類分析,通過驗證不同分類方案的合理性及類別間的特征,得出合理的實驗區可持續發展水平測量的分類標準,并在此基礎上統計得出不同類別的特征值(如均值和極值)。

明確實驗區的類別數量和分類標準之后,實驗區的評價流程可劃分為如下的兩個步驟:首先,將待評價實驗區數據與該階段已有實驗區數據對比,通過專家評價法或重復以上的聚類分析過程,劃定該實驗區所屬的種類;而后,參照同類別實驗區相關指標,進行定性或者定量評價。聚類分析方案及分類評價模型見圖1。

3 實驗區聚類分析過程及結果

3.1 數據來源

本研究的數據采用08年17個新區的申報材料中提供的數據?，F有實驗區指標體系共由覆蓋7個領域(人口、生態、資源、環境、經濟、社會、科技教育)的30項指標組成,按照指標的代表性和數據的可獲取性原則,從中遴選出19項指標組成的新的研究指標體系。指標體系及數據見表3。

圖1 聚類分析方案及分類評價模型Fig.1 Clustering schedule and classification-evaluation model

表3 指標體系及實驗區數據Tab.3 Index system and CNSCs date

續表3 指標體系及實驗區數據Tab.3 Index system and CNSCs date

3.2 數據處理

缺省值處理:由于部分地方提供的申報材料數據不完整,造成部分分析數據缺失。對于缺失值,分析過程采用均數替代。

數據標準化處理:17個指標數量級并不一致,各指標數據的平均數從最小的0.57到最大的88.20,標準差也從0.23-93.23(各指標分析表略),顯示了數據量綱之間的差異性。為了消除不同變量大小不同對聚類結果的影響,有必要在聚類分析前對數據進行標準化處理,本分析過程采用Z—評分法對數據進行標準化處理。

3.3 數據分析及結論

本研究運用SPSS軟件(版本:SPSS 13.0 for windows)對數據進行聚類分析。對于兩個類之間的距離,采用離差平方和法計算,距離測量方法選擇“平方歐幾里得距離方法”,這意味著對于兩條數據(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),平方歐幾里得距離[6]:

全部數據標準化化為Z-評分,希望保留的類別數為3-5類。同時,為便于觀察理解,分析結果采用樹狀結構圖的方式表示(見圖2)。樹狀結構圖直觀地表現了聚類的全過程,橫坐標代表對類間距離的度量,它把類間的最大距離算作相對距離為25,其余的距離換算成以之相比的相對距離大小。在下圖中,圖形左邊代表進行聚類的對象(本研究為實驗區),線條連接表示類別的合并過程。

不同的分類方案產生的分類結果見表4。

在分類方案2,3中,第2類包含對象的數量(1個)與第1類(6個)相比過于懸殊,另外從樹狀結構圖來看,分類方案二、三中,第2類和第3類相對距離過小,兩類別間差異不明顯,綜合以上分析,采取分類方案一,將實驗區分為三類為宜?？偨Y各類的特征如下:

圖2 樹狀結構圖Fig.2 Dendrogram

表4 不同分類方案分類結果表Tab.4 Results of different classification schedules

第1類:以加速經濟發展為實驗主題的實驗區:此類地區經濟水平一般,產業結構以農業為主,生態環境基礎較好。在資源環境條件允許的前提下加速發展經濟是實驗工作重點。

第2類:以促進生態環境建設為實驗主題的實驗區:此類地區工業特別是能源化工工業發展迅猛,經濟發展迅速,資源消耗大,社會進步顯著,但環境治理水平未能與經濟發展速度相適應。在經濟高速發展的同時,提高環境治理能力是實驗工作重點。

第3類:以全面協調發展為實驗主題的實驗區:此類地區經濟基礎雄厚,產業結構較為合理,社會事業興旺。進一步全面協調經濟、社會、資源、環境的發展,建設和諧社會是實驗工作的重點。

從以上分析可以看出,對實驗區的分類,應結合實驗區經濟發展和生態環境兩方面狀況進行評價,具體分類標準見表5。

表5 實驗區分類標準Tab.5 Classification criterion for CNSCs

以上述標準進行分類,各類實驗區之間的差異顯著而同類實驗區存在較好的相似性,在此基礎上進行分類評價,評價結論具有較強說服力。各類別部分主要指標的對比見表6。

表6 各類別主要指標對比表(部分)Tab.6 Comparison table of key indications between styles(portion)

4 結 語

本文通過采用聚類分析的手段分析實驗區樣本數據,揭示了不同實驗區發展狀態之間的相似性和差異性,研究得出合理的實驗區分類標準和分類數量,解決了傳統的經驗分類方法導致的客觀性缺乏等問題,并在此基礎上初步設計了實驗區分類評價模型,為實驗區的分類管理實踐提供了理論依據和技術手段。作為我國可持續發展戰略的一種有效的探索模式和實驗示范方式,在科學發展觀的指引下,實驗區工作必將迎來一個嶄新的發展階段。

(編輯:李 琪)

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AbstractAim at resolving the problemof lack-objectivity caused by traditional classification method,this article classified the China National Sustainable Community(CNSCs)according to their own structure characteristics of data by cluster analysis method,revealed the similarities and differences of development status between CNSCs,and draw rational classification criteria and category number.The classification evaluation model of CNSCs is designed.All achievements above provide theoretical basis and technical means for the CNSCs’classified management.The result from the analysis of 17 CNSCs sample data show that all CNSCs can be classified into three categories by evaluating economics development status and ecological environment status:the CNSCs taking the acceleration of economics as object,the CNSCs taking the promoting of the ecological environment construction as object and the CNSCs taking the comprehensively coordinated development as object.Based on above-mentioned classification,the difference between categories is notable but there is fairly good similarity in the same categories.CNSCs evaluation process follows two steps:first,compare data of CNSCs under evaluation with former data,determine the type of the CNSCs by the expert evaluation method or cluster analysis process,and then carry out the qualitive or quantitive valuations referring to relevance index the same category of CNSCs.

Key wordssustainable development;experiment community;cluster analysis;evaluation

Study of China N ational Sustainable Community’s Classification Evaluation Method Based on Clustering Analysis

CHEN Hua-rong WANG Xiao-ming
(School of Civil Engineering&Mechanics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan Hubei 430074,China)

F061.3;X22

A

1002-2104(2010)03-0149-06

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.03.027

2009-09-09

陳華榮,博士生,主要研究方向為區域經濟管理。