課程論文-灰色系統(tǒng)綜述

1、灰色系統(tǒng)在草業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用回顧董宏宸（蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院2012級草業(yè)科學(xué)班,甘肅蘭州730107）摘耍：基于維曹中文數(shù)據(jù)庫的搜索結(jié)果對灰色系統(tǒng)的各應(yīng)川范疇進(jìn)行分析，探究1989-2014年的時(shí)間段內(nèi)灰色系統(tǒng)在草業(yè)科學(xué)中 的應(yīng)用情況。在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域主要應(yīng)用了灰色系統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)度分析、灰色預(yù)測以及灰色決策，其中灰色關(guān)聯(lián)度分析應(yīng)用圾多, 其他方面應(yīng)用較少。通過時(shí)間檢索分析可知近十年來在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域小與灰色系統(tǒng)冇關(guān)的文獻(xiàn)年發(fā)農(nóng)量在10篇及以上,從總體上 看灰色系統(tǒng)在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域使用的頻率不高，有待進(jìn)一步的發(fā)展。關(guān)鍵詞：灰色系統(tǒng)，草業(yè)科學(xué)，灰色關(guān)聯(lián)度分析，灰色預(yù)測，灰色決策灰色系統(tǒng)理論是由華中理

2、工大學(xué)鄧聚龍教授于1982年提出并加以發(fā)展的。該理論是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信 息不確定性問題的新方法。它以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研 究對彖，主要通過對“部分”己知信息的生成、開發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行行為、演化規(guī)律的 正確描述和有效監(jiān)控。山于貧信息不確定性系統(tǒng)的普遍存在，決定了這一新理論貝有十分廣闊的發(fā)展前景。 目前，灰色系統(tǒng)理論在我國已經(jīng)成為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等諸多領(lǐng)域進(jìn)行預(yù)測、決策、評估、規(guī)劃控制、系 統(tǒng)分析與建模的重要方法z-0特別是它對時(shí)間序列短、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)少、信息不完全系統(tǒng)的分析與建模，具冇獨(dú) 特的功效。本文將通過數(shù)據(jù)檢索對灰色

3、系統(tǒng)理論在草業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行初步的探究。通過維普資訊中的中文 數(shù)據(jù)庫，以“草業(yè)”和“灰色”為關(guān)鍵詞進(jìn)行任意字段檢索，在“19892014”時(shí)間段內(nèi)共計(jì)檢索出217篇相關(guān) 文獻(xiàn)，其中“20042014”的時(shí)間段內(nèi)共計(jì)164篇，“農(nóng)學(xué)”學(xué)科相關(guān)方面共檢索出83條結(jié)果?？趈以看出灰色系 統(tǒng)在草業(yè)科學(xué)中尤其是農(nóng)學(xué)方面的應(yīng)用在近十年中尤其在農(nóng)學(xué)方面是發(fā)展比較迅速的。（圖1）本文通過対灰色 系統(tǒng)在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用簡要綜述，意在闡明灰色系統(tǒng)在草業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值，希望更多的人能夠投入 到相關(guān)研究工作z中。在灰色系統(tǒng)的兒個(gè)應(yīng)用范疇即灰色預(yù)測、灰色關(guān)聯(lián)度分析、灰色決策、灰色統(tǒng)計(jì)、灰色聚類、灰色控制中， 草

4、業(yè)科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最多的是灰色關(guān)聯(lián)度分析，共計(jì)檢索143條，其中與紫花苜蓿相關(guān)的冇18條，占12. 6%, 灰色預(yù)測共計(jì)11條。圖1草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域中與灰色系統(tǒng)相關(guān)的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)30 25 2010lllllllllll1989 1990 19911992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014注：數(shù)據(jù)來源維普中文數(shù)據(jù)庫1灰色關(guān)聯(lián)度分析在草業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用1.1灰色關(guān)聯(lián)度分析灰色關(guān)聯(lián)分析是一種新的因素分析方法，它釆用量化方法來獲

5、得灰色關(guān)聯(lián)度，并以此作為區(qū)分系統(tǒng)變量z 間關(guān)系密切程度（或影響人?。┑囊罁?jù)。也就是通過研究系統(tǒng)序列曲線的兒何接近程度來體現(xiàn)系統(tǒng)序列之間關(guān) 系的密切程度，即曲線的幾何接近程度越高，則它們之間的關(guān)聯(lián)度就越人。灰色關(guān)聯(lián)分析主要功能是因素分析、 方案決策、優(yōu)勢分析，近年來成為灰色系統(tǒng)理論相對活躍的一個(gè)研究分支山?；疑P(guān)聯(lián)度分析在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域 有著相對比較廣泛的應(yīng)用，通過檢索文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)其在站種選育，環(huán)境影響因子評價(jià)，物種引進(jìn)等方而有較多 的研究。1.2灰色關(guān)聯(lián)度分析應(yīng)用舉例1.2.1利用灰色關(guān)聯(lián)度分析進(jìn)行不同品種間的評價(jià)利用灰色關(guān)聯(lián)度分析，對以根據(jù)樣本材料的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將分析簡單化，以定量分析代替定

6、性分析，進(jìn) 而得出最優(yōu)目的品種。李秀玲等（2010）對13種觀賞草在南京地區(qū)夏秋兩季觀賞價(jià)值進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析得出 13種觀賞草秋季觀賞價(jià)值由高到低依次為：狼尾草斑葉芒蒲葦紅葉白茅花葉芒細(xì)葉芒香茅花葉 朗草花葉蒲葦金葉苔草歐根金線蒲細(xì)莖針茅藍(lán)羊茅；夏季觀賞價(jià)值由高到低依次為：狼尾草紅葉 口茅花葉翦草香茅斑葉芒花葉蒲葦金葉苔草歐根金線蒲花葉芒蒲葦細(xì)葉芒細(xì)莖針茅藍(lán) 羊茅。朱醇等（2014）對12個(gè)適宜于灌溉條件下種植的速生型紫花苜蓿材料從生產(chǎn)、營養(yǎng)品質(zhì)及綜合生產(chǎn)性 能3個(gè)方面進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析選出了參試樣本屮最適宜在河西走廊灌溉地區(qū)人范圍推廣種植紫花苜蓿品種 |3,o李哲等（2013）通過對38個(gè)

7、紫花苜蓿株系采丿ij灰色關(guān)聯(lián)度分析，構(gòu)造綜合評價(jià)模型進(jìn)行供試材料綜合評價(jià)， 篩選出最理想的優(yōu)良株系2個(gè)，可作為較好潛力的株系4個(gè)。楊舉等（2009）對17個(gè)苜蓿品種在湘西南地區(qū) 的牛長適應(yīng)性性狀指標(biāo)，包括12項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)與粗蛋口含量進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，并建立品種適應(yīng)性綜合評 價(jià)模型。各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重大小順序?yàn)?粗蛋口葉長葉寬莖粗株高再生速度主根長 鮮干比根頸直 徑單株干重側(cè)根數(shù)冃莖葉比根系鮮重，為南方亞熱帶地區(qū)苜蓿引種和推廣提供科學(xué)的依據(jù)。田兵等 （2014）采川灰色關(guān)聯(lián)度分析法對貴州42種野生牧草的營養(yǎng)成分進(jìn)行綜合評價(jià)，其屮有35種值得進(jìn)一步開發(fā) 利用。1.2.2灰色關(guān)聯(lián)度分析在草業(yè)科學(xué)中的

8、其他應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度法還可以對影響因子、實(shí)踐方法等進(jìn)行評價(jià)，以找到最佳的解決方法。周娟娟等（2013）以種 卅i第2年處于初花期的紫花苜蓿為材料，設(shè)壓扁+噴碳酸鉀（2.5%）、壓扁莖稈、口然晾曬和陰干4種青干草調(diào) 制方法，以105°c烘干為對照，研究不同調(diào)制方法對苜蓿干燥特性和營養(yǎng)品質(zhì)的影響。采用灰色關(guān)聯(lián)分析對參 試方法的調(diào)制效果進(jìn)行綜合評價(jià)表明，對照的綜合表現(xiàn)最好，其次是壓扁+噴碳酸鉀（2. 5%）,該晾曬方法快速、 簡便、實(shí)用，在生產(chǎn)中值得推薦。徐麗君等（2014）以15種不同混播模式的草地為研究對彖，通過對其8個(gè) 主要營養(yǎng)成分進(jìn)行比較，同吋以灰色關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行綜合評價(jià)，驗(yàn)證了呼

9、倫貝爾局部地區(qū)目詢推廣的牧草種 植模式是基木正確的。伏兵哲等（2012）通過利用主成分綜合因了得分和灰色關(guān)聯(lián)度分析理論對寧夏天然草 地氣象質(zhì)蜃進(jìn)行了綜合評價(jià)，并對天然草地初級生產(chǎn)力與各氣候因了間的相互關(guān)系進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析，得岀了寧 夏干旱區(qū)天然草地初級生產(chǎn)力限制氣象因子最主要的是4-9月降水量，其次是年降水量、濕潤度和年蒸發(fā)量； 寧夏半干旱區(qū)天然草地初級生產(chǎn)力限制氣象因了最主要的是濕潤度，其次是49月降水量、年降水量和無霜期 19o2灰色預(yù)測在草業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用2.1灰色預(yù)測概念灰色預(yù)測模型是灰色系統(tǒng)理論中的重要組成部分。灰色系統(tǒng)理論認(rèn)為，隨機(jī)量町以看作是在一定范圍內(nèi)變 化的灰色量。對于貧信息的灰

10、色系統(tǒng)，灰色變量取值十分有限，并且數(shù)據(jù)變化無規(guī)律，對這些灰色變量作生成 運(yùn)算處理，處理后的數(shù)據(jù)變化有一定規(guī)律，與原始數(shù)據(jù)相比，增加了數(shù)據(jù)變化的確定性，從而在牛成數(shù)據(jù)的基 礎(chǔ)上建立灰色預(yù)測模型”叫 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，灰色預(yù)測理論已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、能源、交通、 石油等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用，成功地解決了生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的大量實(shí)際問題，灰色預(yù)測模型也由gm（1, 1）模型擴(kuò)展到數(shù)列預(yù)測、區(qū)間預(yù)測、災(zāi)變預(yù)測、季節(jié)災(zāi)變預(yù)測、波形預(yù)測和系統(tǒng)預(yù)測等多種類型?；疑A(yù)測 在草業(yè)小的應(yīng)用有11篇檢索文獻(xiàn)，包括生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、載畜量預(yù)測、糧食產(chǎn)量預(yù)測、旅游市場分析等方面的內(nèi)容。2. 2灰色預(yù)測應(yīng)川舉例鄧啟

11、歡等(2013)運(yùn)用灰色預(yù)測模型預(yù)測了若爾蓋縣阿西鄉(xiāng)草地純收益，并以該預(yù)測純收益與草地改良過 程中實(shí)際收益差值來反映實(shí)施草地牛態(tài)建設(shè)過程中牧民的經(jīng)濟(jì)損失"叭趙有益等(2012)通過對廿南地區(qū) 1998-2009年的草地實(shí)際載畜量和理論載畜量數(shù)據(jù)分析，建立了優(yōu)化改進(jìn)的灰色等維一馬爾科夫殘差預(yù)測模型, 經(jīng)驗(yàn)證該模型具冇較高的精度，適用于對草地載畜量的研究3灰色決策在草業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用3. 1灰色決策概念灰色決策是現(xiàn)代決策科學(xué)的重耍組成部分，是20世紀(jì)80年代后期開始逐步發(fā)展起來的一類解決不確定性 決策問題的分析方法。山于不確定性決策問題的本質(zhì)特征使得不確定性決策問題的分析方法需要不斷拓展、

12、完 善與提高?；疑珱Q策組要應(yīng)用在金融方面，如股票等，因此在草業(yè)科學(xué)方面應(yīng)用較少且人多與灰色關(guān)聯(lián)度分 析結(jié)合使用進(jìn)行品種的優(yōu)劣選擇。3. 1灰色決策應(yīng)用舉例耿文誠等(2000)通過灰色局勢決策方法對云南省種羊場人工草地綿羊系統(tǒng)10年間的各種系統(tǒng)資料進(jìn)行權(quán) 衡并加以量化評價(jià)，計(jì)算出了整個(gè)系統(tǒng)及其子系統(tǒng)(或要素)效來測度值說1。徐公芳(2008)根據(jù)灰色局勢決 策原理，利用目標(biāo)賦權(quán)獲得加權(quán)局勢決策方法，對在高寒地區(qū)引種的9個(gè)草坪草品種坪藝性狀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了 綜合描述和量化評估分析。通過對各品種加權(quán)綜介效果測度值的比較，排出各個(gè)品種的優(yōu)為與灰色關(guān)聯(lián)度法所 得結(jié)果進(jìn)行比較結(jié)果基本一致卩譏4總結(jié)與展望灰色

13、系統(tǒng)理論口提出以來已經(jīng)有了巨大的發(fā)展，但是在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域使用較少。在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域中，存在 非常多的灰色系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)的收集是有限的，我們無法盡善盡美地將所有的數(shù)據(jù)都收集齊全，因此灰色系統(tǒng)在 草業(yè)科學(xué)中有著非常廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。以草原生態(tài)系統(tǒng)為例，草原生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)相對比較復(fù)雜的系統(tǒng)，在研 究的過程中既要考慮生物與生物z間的聯(lián)系，又?？紤]生物與非生物z間的影響，是一個(gè)龐大而復(fù)雜并且充滿 未知的系統(tǒng)。而通過灰色系統(tǒng)理論，可以將復(fù)雜的系統(tǒng)簡單化，通過已知的少雖:數(shù)據(jù)探究系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制，提 取有價(jià)值的信息。并且，灰色系統(tǒng)理論還可以進(jìn)行基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的缺失數(shù)據(jù)的重復(fù)填補(bǔ)工作，以解決數(shù) 據(jù)丟失或某一年沒有

14、釆集數(shù)據(jù)而造成的斷檔。在撰寫本文z前，本人構(gòu)想灰色預(yù)測應(yīng)是主要的應(yīng)用方面，因 為在草業(yè)科學(xué)中，可以應(yīng)用到灰色預(yù)測的方面有很多，比如草地退化預(yù)測、天然草地牧草產(chǎn)量預(yù)測、草原災(zāi)害 預(yù)測、草地恢復(fù)措施效果預(yù)測等。但當(dāng)木人進(jìn)行文獻(xiàn)檢索時(shí)發(fā)現(xiàn)，灰色預(yù)測在草業(yè)科學(xué)領(lǐng)域鮮冇研究。不同地 區(qū)的草地類型都是不同的,不同的海拔、地理位置、水熱條件、人為因素等造就了不同的草地,因此某些數(shù)據(jù) 是無法通用的。灰色預(yù)測相對于其他的方法而言計(jì)算量小ii所需耍的數(shù)據(jù)量較少，可處理離亂數(shù)據(jù)，不需耍任 何假定，也不必尋找隨機(jī)變量的概率分布和統(tǒng)計(jì)特征，正適合在草地農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用?；疑到y(tǒng)在草地農(nóng)業(yè)的 四個(gè)生產(chǎn)層中均能得到一定的應(yīng)用

15、，例如在前植物生產(chǎn)層方面，劉晨慧(2010)在分析時(shí)間序列預(yù)測法、冋歸 分析預(yù)測法、灰色預(yù)測法和bp人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法4種預(yù)測模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)旅游公路的 特點(diǎn)，對游客數(shù)最進(jìn)行預(yù)測，再應(yīng)用旅游人數(shù)轉(zhuǎn)化成旅游車流最的公式，計(jì)算出預(yù)測的車流最，為發(fā)展內(nèi)蒙古 地區(qū)旅游產(chǎn)業(yè)和科學(xué)的建設(shè)旅游交通系統(tǒng)提供了幫助。參考文獻(xiàn)：1 謝乃明.灰色系統(tǒng)建模技術(shù)研究d.南京：南京航空航天大學(xué)，2008.2 李秀玲,劉君,宋海鵬,等.13種觀賞草在南京地區(qū)夏秋兩季觀賞價(jià)值的灰色關(guān)聯(lián)分析j.草業(yè)科學(xué),2010, 27 (2)： 39-44.3侏博,師尚禮,倪磊,等.12個(gè)紫花苜蓿材料速生性能綜合評價(jià)j.植物

16、遺傳資源學(xué)報(bào),2014, 15 (2)： 436-440.4李哲,師尚禮，王虹.紫花苜蓿多元雜交后代優(yōu)良株系篩選研究j.植物遺傳資源學(xué)報(bào),2013, 14 (5)： 945-953.5楊塞,張新全,李向林,等.應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價(jià)17個(gè)不同秋眠級苜蓿的生產(chǎn)性j.草業(yè)學(xué)報(bào),2009, 18 (5)： 67-72.6田兵,冉雪琴,薛紅,等.貴州42種野生牧草營養(yǎng)價(jià)值灰色關(guān)聯(lián)度分析j.草業(yè)學(xué)報(bào),2014, 23 (1)： 92-103.7周娟娟,王欣榮,吳建平,等.調(diào)制方式對苜蓿青干草干燥特性和營養(yǎng)品質(zhì)的影響j|.草業(yè)科學(xué),2013, 30 (8)： 1272-1277.8徐麗君,楊桂霞,辛?xí)云?等.不同混播模式下草地營養(yǎng)成分綜合評價(jià)j.草業(yè)科學(xué),2014, 31 (2)： 278-283.9伏兵哲,蘭劍,李小偉.寧夏天然草地氣象因子與草地初級生產(chǎn)力關(guān)系研究j.草地學(xué)報(bào),2012, 20 (3)： 407-412.10鄧卅歡，劉剛.棊于灰色預(yù)測模型的草地生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)以若爾蓋縣阿西鄉(xiāng)為例j.草業(yè)科學(xué)，2013, 30 (12)： 2097-2100.11趙有益,林慧龍,張定海,等