基于PSO優(yōu)化算法的海洋漁業(yè)收入評(píng)估模型獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

基于PSO優(yōu)化算法的海洋漁業(yè)收入評(píng)估模型獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：長(zhǎng)期以來(lái)，漁業(yè)一直是挪威，英格蘭、加拿大等沿海城市經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。到2050年，大量海洋生物將從熱帶水域遷徙到更冷的水域，以平均每10年40到45公里的速度向極地地區(qū)移動(dòng)。如果海洋溫度繼續(xù)上升，將導(dǎo)致一些處于耐溫邊緣的生物將從當(dāng)?shù)厮蛳?。為了評(píng)估魚(yú)類的跨領(lǐng)海遷徙活動(dòng)對(duì)漁國(guó)的經(jīng)濟(jì)收入的影響，本文將從與鄰國(guó)合作和不與鄰國(guó)合作兩個(gè)角度，結(jié)合粒子群優(yōu)化算法，對(duì)魚(yú)類跨越本國(guó)領(lǐng)海后的影響進(jìn)行分析和比較。

關(guān)鍵詞：全球變暖;海洋漁業(yè);海洋生態(tài)系統(tǒng)

1.引言

由于全球變暖以及魚(yú)類生長(zhǎng)活動(dòng)的影響，洄游魚(yú)類會(huì)隨著水溫的升高跨越本國(guó)領(lǐng)海以及專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)[1]。說(shuō)明在全球變暖這一背景的影響下，該國(guó)漁業(yè)公司可在本國(guó)領(lǐng)海內(nèi)捕獲的魚(yú)量逐年遞減。1982年通過(guò)的《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》適應(yīng)了國(guó)際社會(huì)對(duì)海洋的需求，采取分區(qū)域措施保護(hù)世界海洋漁業(yè)資源[2]。當(dāng)一部分魚(yú)類跨越海洋邊界時(shí)，相關(guān)的沿海國(guó)家可任意開(kāi)展?jié)O業(yè)捕撈合作活動(dòng)，目的是利用跨越海洋邊界的共享性海洋漁業(yè)資源種群以及管理該海域生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和整體性[3]。

2.模型的建立與求解

為了評(píng)估魚(yú)類的跨領(lǐng)海遷徙活動(dòng)對(duì)漁國(guó)的經(jīng)濟(jì)收入的影響，本文將從與鄰國(guó)合作和不與鄰國(guó)合作兩個(gè)角度，結(jié)合粒子群優(yōu)化算法，對(duì)魚(yú)類跨越本國(guó)領(lǐng)海后的影響進(jìn)行分析和比較。

2.1不與相鄰漁國(guó)合作

若該國(guó)不選擇與相鄰漁國(guó)開(kāi)展合作，則該國(guó)魚(yú)類的減少量會(huì)影響其收益，并且破壞其漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。設(shè)為該國(guó)漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)損失函數(shù)，為該國(guó)減少數(shù)量的魚(yú)的成本，為最初的數(shù)量，為游向他國(guó)領(lǐng)海的魚(yú)量。

則該國(guó)的最小損失成本：

最優(yōu)化條件為：

說(shuō)明此時(shí)減少的魚(yú)的捕獲量損失的成本等于為避免該國(guó)漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)退化造成的損失成本。

全球變暖導(dǎo)致游向他國(guó)領(lǐng)海的魚(yú)量不斷增加，而與具有正相關(guān)性，必定會(huì)打破其最優(yōu)化條件。得出結(jié)論：如果相鄰兩國(guó)不采取一系列漁業(yè)合作的活動(dòng)，則會(huì)引發(fā)北大西洋漁場(chǎng)的魚(yú)類資源分配不合理，該國(guó)漁民的收入將大幅度減少，導(dǎo)致私自跨海捕魚(yú)的現(xiàn)象發(fā)生，容易在周邊國(guó)家引起沖突。

2.2與相鄰漁國(guó)合作

若該國(guó)選擇與相鄰漁國(guó)開(kāi)展合作，其收益則由魚(yú)量、勞動(dòng)力、捕撈工具、捕撈技術(shù)等因素綜合影響。能否被分配到公平的收益是其面對(duì)的主要問(wèn)題。

假設(shè)有3家漁業(yè)公司進(jìn)行漁業(yè)合作，3家公司各擁有自己的漁船、捕魚(yú)設(shè)備、勞動(dòng)力，凈收益為捕魚(yú)所得利潤(rùn)減去進(jìn)行捕魚(yú)活動(dòng)的各方面損耗（單位萬(wàn)英鎊）。單獨(dú)經(jīng)營(yíng)漁場(chǎng)的年凈收益分別為;兩兩合作捕魚(yú)的年凈收益分別為;三家公司一起合作的年凈收益為。將3家漁業(yè)公司模擬為一個(gè)粒子群，三家公司分別為三個(gè)粒子，每個(gè)公司根據(jù)其他公司的各項(xiàng)情況，給每個(gè)公司一個(gè)合適的收入分配值。公司對(duì)公司提出的收入分配值為。

因此，該粒子群提出的初始收入分配方案矩陣，記為：

其中，矩陣的第行表示所有公司對(duì)公司提出的收入分配值。

本文設(shè)粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)包含兩部分，一部分為：所有漁業(yè)公司提出收入分配方案后，公司的分配收入數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，記作：;另一部分為：公司的最大被分配收入值與最小分配收入值之間的差值，記作。

因此，粒子群的適應(yīng)度函數(shù)可表示為：

通過(guò)研究可以知道，粒子的適應(yīng)度隨著粒子迭代不斷收斂，在迭代50次左右以后趨于平穩(wěn)。得出結(jié)論：在按照各漁業(yè)公司初始的協(xié)商規(guī)則不斷迭代的過(guò)程中，可以達(dá)到所有成員提出的分配方案一致的狀態(tài)，并且在迭代過(guò)程中始終保持有效性和個(gè)體理性。即受洄游魚(yú)類資源跨區(qū)域游動(dòng)影響較大的國(guó)家，可以通過(guò)與相鄰漁國(guó)漁業(yè)公司建立合作關(guān)系，獲取更有保障的收益，減小魚(yú)類活動(dòng)對(duì)其造成的直接損失。

3.結(jié)論

當(dāng)一部分魚(yú)類進(jìn)入他國(guó)領(lǐng)海，該國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)必然會(huì)有一定的損失。如果不選擇與他國(guó)進(jìn)行漁業(yè)合作，則其經(jīng)濟(jì)損失將直接并且長(zhǎng)期受魚(yú)類的減少量的影響，大幅度的捕獲剩余的魚(yú)類會(huì)破壞海洋的生態(tài)系統(tǒng)。久而久之容易引發(fā)北大西洋漁場(chǎng)的魚(yú)類資源分配不合理，私自跨海捕撈則會(huì)在周邊國(guó)家引起沖突。

如果選擇與他國(guó)進(jìn)行漁業(yè)合作，則其收益受本國(guó)魚(yú)量，勞動(dòng)力、捕撈工具，捕撈技術(shù)等因素綜合影響，可以減小魚(yú)類活動(dòng)造成的損失。根據(jù)上述粒子群算法，得出存在符合所有合作