【基于主成分分析的廣東各城市可持續(xù)發(fā)展能力實證分析6500字】

基于主成分分析的廣東各城市可持續(xù)發(fā)展能力實證分析摘要可持續(xù)發(fā)展作為科學(xué)發(fā)展觀的基本要求之一，近年來正被我國越發(fā)重視。本文根據(jù)以往的文獻(xiàn)，選取評價廣東省可持續(xù)發(fā)展能力指標(biāo)：分為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，自然指標(biāo)，社會指標(biāo)，首先對指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，進(jìn)行主成分分析，求出主成分，求得各城市的主成分得分以及綜合得分，并對各城市作出一個綜合排名。其次，根據(jù)主成分得分對各個城市進(jìn)行聚類分析，將各城市可持續(xù)發(fā)展能力分為強(qiáng)——中——弱三個等級，描述等級內(nèi)城市的相似性以及等級外的差異性。最后，基于上述模型和分析，針對廣東省可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃，提出自己的建議與意見。關(guān)鍵詞：主成分分析；聚類分析；可持續(xù)發(fā)展目錄TOC\o"1-2"\h\u32073摘要 -8-—引言探索各地的可持續(xù)發(fā)展能力，提出新發(fā)展模式，對我國生態(tài)建設(shè)具有重要意義[1]。廣東省是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的省份，長期以來GDP位于全國第一，高新技術(shù)企業(yè)數(shù)量的增多，在為廣東帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時，也對生態(tài)造成了極大的傷害。2021年，廣東省發(fā)布了2021-2025年的五年規(guī)劃[2]，將進(jìn)一步發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)，因此，探究廣東省各城市可持續(xù)發(fā)展能力，找出影響廣東省可持續(xù)發(fā)展的因素，為政府后續(xù)展開可持續(xù)發(fā)展工作提供科學(xué)客觀的依據(jù)，從而推動我國形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設(shè)新格局。許多學(xué)者已對可持續(xù)發(fā)展能力做出了不少研究。最初，學(xué)者主要以區(qū)域的定性分析[3-4]為主，強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展工作的對國家、社會以及環(huán)境的重要意義。曹利平、王華東[5]認(rèn)為指標(biāo)設(shè)置需遵循科學(xué)性、完備性、主成分性、獨立性四大原則。袁婕[6]在詳細(xì)研究可持續(xù)發(fā)展理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣東省的特點，對1998年廣東省區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r作出定量評估，總結(jié)各地在可持續(xù)發(fā)展中的經(jīng)驗與問題。孫玥等[7]基于能值分析,全面評估了2000—2010年遼寧省生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及可持續(xù)性。再后來，秦楊楊[8]通過研究城市緊湊度與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，探究可持續(xù)發(fā)展能力的時空分析。宋雨辰[9]等學(xué)者通過對西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)如呼和浩特市的可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行研究。綜上，本文通過選取指標(biāo)來衡量廣東省各城市的可持續(xù)發(fā)展能力，選取了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，環(huán)境指標(biāo)和社會指標(biāo)，利用主成分分析的方法，找出主成分，并計算各城市相應(yīng)的主成分的得分，對得分進(jìn)行聚類分析并分級，找出各城市的可持續(xù)發(fā)展能力的差異性，，提出相應(yīng)的建議與意見。1廣東省可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系的選擇1.1廣東省可持續(xù)發(fā)展的特點從經(jīng)濟(jì)角度來看，廣東省可持續(xù)發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下幾個特點：第一，各產(chǎn)業(yè)的組成結(jié)構(gòu)不夠合理，在廣東省中，第二產(chǎn)業(yè)始終占據(jù)著主導(dǎo)地位，而第一、第三產(chǎn)業(yè)相對來說比較落后，拖慢了整體經(jīng)濟(jì)水平的提升速度。第二，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，在廣東省中，占全省總面積23.4%,總?cè)丝?1.5%的珠江三角洲，在2020年GDP高達(dá)8.94萬億元，這一數(shù)字占據(jù)了全省比重的80%之多，可見廣東省“珠三角地區(qū)”和“非珠三角地區(qū)”的差距之大。而由于這種差距的不斷擴(kuò)大,造成了各城市間經(jīng)濟(jì)發(fā)展與斷層,城市之間逐漸失去了競合聯(lián)系。從環(huán)境角度來看，廣東省可持續(xù)發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下幾個特點：第一，土地資源可利用率較低，廣東省的耕地不斷減少,土地資源不足,人均耕地面積正在不斷縮減。第二，環(huán)境污染嚴(yán)重。水污染方面,2020年工業(yè)廢水排放量7億噸,工業(yè)廢水處理率在95%左右，已造成江河湖泊的嚴(yán)重污染。大氣污染方面,2020年工業(yè)廢氣中二氧化硫排放量為11.69萬噸,氮氧化物排放量為60.78萬噸，其中的機(jī)動車所排放的廢氣,是城市空氣污染的主要原因。第三，自然災(zāi)害較為頻繁。廣東省是自然災(zāi)害的高發(fā)區(qū)，其中風(fēng)災(zāi)和水災(zāi)最為嚴(yán)重，對農(nóng)業(yè)造成了不小的打擊，同時，高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)人口以及資產(chǎn)密度的不斷提高,使自然災(zāi)害影響范圍與危害程度均在增長,因此不可避免地存在著不少問題。從社會角度來看，廣東省可持續(xù)發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下幾個特點：第一，人口多,但是人口素質(zhì)有待提高。廣東省2020年常住人口為1.15億人，是全國人口最多的省份。其次,科技教育仍處于初中級水平,高素質(zhì)人才少。2020年,全省擁有的大專以上教育程度人比例僅為15.7%,而北京為42.0%,上海為33.9%。第二，城市發(fā)展不平衡十分突出。盡管廣東省近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展有所進(jìn)步,但仍然有很嚴(yán)重的發(fā)展不平衡的狀況。廣東省貧困人口主要集中在粵北、粵東、粵西的山區(qū)。由于地處山區(qū),造成了基礎(chǔ)條件較差,文化教育困難，信息來源少等因素，人民的生活質(zhì)量也比較低。1.2廣東省可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)的確定按照可持續(xù)發(fā)展的特點,選擇如表1所示的經(jīng)濟(jì)、自然、社會指標(biāo)。表1可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系領(lǐng)域指標(biāo)X經(jīng)濟(jì)X1:第三產(chǎn)業(yè)增加值（億元）X2:科學(xué)技術(shù)占財政支出的比重（%）X3:人均生產(chǎn)總值（元）X4:城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（元）社會X5城鎮(zhèn)人口占常住人口的比例（%）X6:醫(yī)療衛(wèi)生與計劃生育占財政支出的比重（%）X7:每10萬人口中擁有高中教育的人數(shù)（人/萬人）X8:醫(yī)院床位數(shù)（M張/萬人）環(huán)境X9:一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量（萬噸）X10:工業(yè)廢水排放量(萬噸)X11:廢氣排放（噸）X12:污水處理率(%)2廣東省可持續(xù)發(fā)展分析方法主成分分析法被廣泛應(yīng)用于各種評價系統(tǒng)中，它是基于原始變量重新線性組合，組合成新的線性無關(guān)的主成分，以此來替代原來的指標(biāo)。較為普遍的主成分分析法，是通過標(biāo)準(zhǔn)化和相關(guān)矩陣的計算，分別求出相關(guān)矩陣的特征向量、特征根，以及主成分的累積貢獻(xiàn)率，從而確定主成分的個數(shù)以及表達(dá)的，最終根據(jù)“綜合得分”來排序并劃分等級[11-12]。聚類分析就是根據(jù)指標(biāo)的屬性或特征的相似性或親疏程度,用數(shù)學(xué)的方法把它們逐步地分型劃類,最后得到一個能反映個體或站點之間、群體之間親疏關(guān)系的客觀的分類系統(tǒng)。由于本文統(tǒng)計的指標(biāo)屬性較多，在進(jìn)行聚類分析時利用主成分結(jié)果可以使得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡化。因此，利用主成分得分進(jìn)行聚類分析，得到廣東省21個城市在可持續(xù)發(fā)展方面的分類。本文采用主成分分析與聚類分析相結(jié)合的方式，先對指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，再對綜合得分以及各主成分得分進(jìn)行聚類分析，從而對各城市的可持續(xù)發(fā)展做出一個有效的劃分[13]。2.1主成分分析2.1.1主成分分析法主成分分析法的依據(jù)是數(shù)學(xué)領(lǐng)域的降維，也就是將原本數(shù)量較多的指標(biāo)轉(zhuǎn)化成能夠涵蓋更多信息的幾個主成分，這些主成分不僅可以解釋原始指標(biāo)包含的大量信息，而且主成分之間的相關(guān)性比較弱[14]。通過指標(biāo)選取，得到的廣東省可持續(xù)發(fā)展能力評價指標(biāo)體系中的指標(biāo)構(gòu)成矩陣X，并對矩陣X進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換，得到相對較少的幾個新的成分，所得到新的成分就是主成分，其中每個主成分都可以由原來的指標(biāo)通過線性函數(shù)關(guān)系式表達(dá)出來，最為關(guān)鍵的是，每個主成分之間都相互獨立，盡可能保留了原來指標(biāo)所包含的信息。2.1.2主成分分析步驟根據(jù)主成分分析法的基本概念，將主成分分析法的步驟歸納如下：（1）基于主成分分析的廣東省可持續(xù)發(fā)展能力構(gòu)建原始指標(biāo)矩陣：評價廣東省各城市可持續(xù)發(fā)展能力用到的矩陣X的橫向代表的是m個指標(biāo)，分別是x1，x（2）對原始指標(biāo)矩陣X中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理各個指標(biāo)之間的單位并不是完全一致的，在進(jìn)行主成分分析時，需要把各種單位不同的指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而消除單位不同給評價帶來的影響。其中指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的公式為：（2.1）其中是變量的平均值，Var(xj（3）判斷原始指標(biāo)是否適合主成分分析在進(jìn)行主成分分析之前，利用KMO檢驗和Baerlett檢驗，對原始指標(biāo)的主成分分析適宜性進(jìn)行檢驗，判斷原始指標(biāo)是否能夠采用主成分分析。KMO檢驗和Baerlett檢驗判斷依據(jù)是KMO值、Baerlett檢驗達(dá)到要求值，當(dāng)KMO值大于0.7且Baerlett檢驗的p值小于0.01時，才可以對指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。（4）提取主成分判斷主成分的個數(shù)時要考慮第j個特征值的貢獻(xiàn)率以及前m個特征值的貢獻(xiàn)率，為某一個特征值的貢獻(xiàn)率，是前m個特征值的貢獻(xiàn)率之和，觀察主成分的個數(shù)，就是找到特征值大于1且累計貢獻(xiàn)率大于85%條件的特征值有幾個。（2.2）（2.3）（5）主成分指標(biāo)的解釋提取主成分之后，要分析主成分的因子載荷，其目的在于解釋主成分，主成分，因子載荷的計算公式為：Iij=λuij其中，每個主成分都由原始的指標(biāo)組成，但是主成分與每個原始指標(biāo)之間的因子載荷是不同的，載荷的絕對值越大，說明主成分與指標(biāo)之前的關(guān)系越緊密。根據(jù)此規(guī)則，可以對主成分進(jìn)行命名，觀察與主成分載荷值最大的指標(biāo)組成，根據(jù)指標(biāo)組成確定主成分名稱。指標(biāo)的載荷系數(shù)的絕對值越接近1，就越可以解釋主成分。

2.2k均值聚類分析2.2.1k均值聚類分析k均值聚類的基本原理是：將含ｎ個樣本的數(shù)據(jù)集劃分成m個子集，同時，每個子集代表為一個類（m<n），同時，所有的類必須具有兩個約束條件：第一，每個類至少有一個樣本，第二，兩個不同的類不能有交集，所有類樣本總數(shù)必須為n。2.2.2k均值聚類分析步驟當(dāng)給定的數(shù)據(jù)樣本，其中每個指標(biāo)都有m個屬性。（1）初始化k個聚類中心，然后通過計算每一個指標(biāo)到每一個聚類中心的歐式距離，表示第i個對象，表示第j個聚類中心，表示第i個對象的第p個屬性表示第j個聚類中心的第t個屬性。該公式為：（2.5）（2）依次比較每一個對象到每一個聚類中心的距離，將對象分配到距離最近的聚類中心的類簇中，得到k個類簇，K均值算法用中心定義了類簇的原型，類簇中心就是類簇內(nèi)所有對象在各個維度的均值，表示第q個聚類的中心，表示第q個類簇中對象的個數(shù)，表示第l個類簇中第i個對象其計算公式如下：?（2.6）3.2020年廣東省可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的數(shù)據(jù)分析3.1主成分分析利用標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)，首先對指標(biāo)進(jìn)行KMO檢驗和Baerlett檢驗，從而判斷這組可持續(xù)發(fā)展體系的指標(biāo)是否適合做主成分分析，由表二可以看出，KMO的檢驗值為0.766，適合做主成分分析，Baerlett的顯著性P值為0，水平上呈現(xiàn)顯著性，拒絕原假設(shè)。表2KMO檢驗和Bartlett的檢驗檢驗方式檢驗值KMO檢驗0.766Bartlett球形度檢驗近似卡方238.544df66.000p0.000然后，對所有12個指標(biāo)進(jìn)行方差分析，計算出相應(yīng)的特征根、方差百分比以及方差的累積貢獻(xiàn)率。如表3結(jié)果可以看出，前四個主成分達(dá)到了累積貢獻(xiàn)率了87%以上，說明了前4個主成分可以反映指標(biāo)總體的情況。因此，提取前4個主成分作為原先12個可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)作為主成分降維后的成分因子，同時，將方差百分比和累積貢獻(xiàn)率作為計算因子載荷系數(shù)的數(shù)據(jù)。表3主成分方差貢獻(xiàn)率成分特征根方差百分比累積貢獻(xiàn)率16.88857.398%57.398%21.47612.303%69.701%31.24410.365%80.066%40.9257.712%87.778%60.4133.442%95.091%70.2151.788%96.88%80.1971.639%98.518%90.0950.793%99.311%100.0390.324%99.635%110.0300.246%99.881%120.0140.119%100.0%根據(jù)已經(jīng)提取的4個主成分，計算出如表4所示的新的成分的因子載荷矩陣，。根據(jù)計算結(jié)果來看，不同的主成分的含義清楚且主成分之間有明顯的區(qū)別。主成分1因子載荷系數(shù)絕對值最高的3個因子是人均生產(chǎn)總值、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入以及城鎮(zhèn)人口占常住人口的比例，說明主成分1其代表的是原始指標(biāo)中的人民的生活水平情況。主成分2因子載荷系數(shù)絕對值最高的3個因子是醫(yī)院床位數(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生與計劃生育占財政支出的比重以及第三產(chǎn)業(yè)增加值，說明主成分2其代表的是原始指標(biāo)中的政府調(diào)配情況。主成分3因子載荷系數(shù)絕對值最高的3個因子是一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、廢氣排放以及污水處理率，說明主成分3其代表的是原始指標(biāo)中的環(huán)境污染情況。主成分4因子載荷系數(shù)絕對值最高的3個因子是污水處理率、每10萬人口中擁有高中教育的人數(shù)、醫(yī)院床位數(shù)以及廢氣排放，說明主成分4其代表的是原始指標(biāo)中的人口的素質(zhì)情況。表4因子載荷矩陣因子載荷系數(shù)主成分1主成分2主成分3主成分4第三產(chǎn)業(yè)增加值0.780.478-0.2550.005科學(xué)技術(shù)占財政支出的比重0.906-0.051-0.142-0.041人均生產(chǎn)總值0.945-0.133-0.1030.032城鎮(zhèn)居民人均可支配收入0.9880.009-0.0220.006城鎮(zhèn)人口占常住人口的比例0.91-0.089-0.2040.084醫(yī)療衛(wèi)生與計劃生育占財政支出的比重-0.8210.531-0.0550.071每10萬人口中擁有高中教育的人數(shù)0.885-0.0760.040.445醫(yī)院床位數(shù)0.296-0.7610.3570.327一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量0.20.3120.7610.217工業(yè)廢水排放量0.8870.391-0.0890.082廢氣排放0.4230.4330.493-0.248污水處理率0.44-0.2750.36-0.701從表5的綜合排名來看，排名最靠前的是廣州市，其次是深圳市和佛山市，排名靠后的是潮州、揭陽和汕尾三個城市。總體來說，珠江三角地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展能力較強(qiáng)，擁有較為優(yōu)秀的綜合實力。而得分較低的城市則位于廣東省欠發(fā)達(dá)地區(qū)，多分布廣東省的東西兩翼和山區(qū)。表5綜合得分及主成分得分排名城市綜合得分主成分1主成分2主成分3主成分41廣州1.545221.983461.464340.097450.358462深圳1.139322.019720.62711-1.87577-0.543623佛山1.057011.252750.998480.262150.761874東莞1.009411.126320.864640.584800.587215珠海0.490461.361370.50296-1.539260.313646中山0.194280.74649-1.22643-0.60204-0.578817江門0.128730.13062-0.056970.388490.061768韶關(guān)0.10115-0.29820-0.475741.678551.873579陽江-0.04516-0.498080.320981.509420.6521910惠州-0.079900.08211-0.06746-0.25792-1.0662011肇慶-0.17521-0.287750.311501.05367-1.7656512清遠(yuǎn)-0.25058-0.496200.777640.77023-1.4348313湛江-0.31393-0.760340.344850.819010.4349014汕頭-0.38710-0.30720-0.25600-0.83375-0.5906315梅州-0.44353-0.666990.062510.20931-0.4651016河源-0.54880-0.86518-0.06734-0.694641.2338117云浮-0.55023-0.772640.014560.63968-1.3952018茂名-0.60685-0.77125-0.13016-0.69505-0.0252019潮州-0.67866-0.91530-0.03096-1.701181.4235420揭陽-0.70973-1.139860.60224-1.160481.0044121汕尾-0.87592-0.92386-0.57483-0.99441-0.840103.2主成分及綜合得分的聚類分析數(shù)據(jù)為21個城市的4個主成分。初始聚類中心如表6所示。表6初始聚類中心指標(biāo)聚類中心123主成分12.01972-0.28775-0.29820主成分20.627110.31150-0.47574主成分3-1.875771.053671.67855主成分4-0.54362-1.765651.87357經(jīng)過多次迭代，聚類中心已經(jīng)收斂，得到的最終的聚類中心如表7所示。表7最終聚類中心指標(biāo)聚類123主成分11.595561.36137-0.48398主成分20.98864-3.50296-0.01223主成分3-0.167040.539260.00806主成分40.290980.31364-0.09235從聚類結(jié)果來看，將廣東省21個城市劃分為強(qiáng)——中——弱三大類，第一類包含有5個城市，第二類包含有10個城市，第三類包括6個城市。表8最終聚類情況類別類內(nèi)城市數(shù)城市名聚類15.000廣州，深圳，佛山，東莞，珠海210.000中山，江門，惠州，肇慶，清遠(yuǎn)，汕頭，梅州，云浮，茂名，汕尾36.000韶關(guān)，陽江，湛江，河源，潮州，揭陽對于第一類城市，該類含有廣州，深圳，佛山，東莞，珠海五個地區(qū)，這五個城市全部為珠三角的城市。這些城市擁有著較為優(yōu)秀的政府調(diào)配能力，人民的生活水平與學(xué)科素養(yǎng)都比較高，醫(yī)療衛(wèi)生條件條件好,對于人民的身體健康有一定的保證。但是，這些城市尤其是深圳的環(huán)境污染還是略高，應(yīng)進(jìn)一步重視高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對環(huán)境所帶來的影響，從而創(chuàng)造出一個更優(yōu)的可持續(xù)發(fā)展城市。對于第二類城市，該類含有中山，江門，惠州，肇慶，清遠(yuǎn)，汕頭，梅州，云浮，茂名，汕尾十個地區(qū)，這些地區(qū)的人民生活水平及素質(zhì)較好，生態(tài)環(huán)境也較為優(yōu)越，但是政府調(diào)配能力不足，醫(yī)療水平以及第三產(chǎn)業(yè)的投入也有不足。對于第三類城市，該類含有韶關(guān)，陽江，湛江，河源，潮州，揭陽六個地區(qū)，這幾個地區(qū)基本上各個方面處于較為落后的狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)水平、醫(yī)療水平、生活水平等都不能跟上省內(nèi)其他地區(qū)的發(fā)展。4意見與建議(l)對于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠江三角洲一帶,需要切實加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù),避免影響今后的發(fā)展?jié)摿Α?2)對于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū),雖然說也要注重生態(tài)環(huán)境，但是大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)是這些城市的重中之重。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然和諧共處，省內(nèi)其他較為發(fā)達(dá)的地區(qū)可以踐行“先富幫助后富，實現(xiàn)共同富?！钡囊?，拉動全省可持續(xù)發(fā)展能力的提升。(3)無論是發(fā)展經(jīng)濟(jì)還是生態(tài)，科學(xué)技術(shù)都是這些的根本，我們需要提升全民科學(xué)文化素養(yǎng)，同時加強(qiáng)全體社會成員尤其青少年的教育，重視科學(xué)技術(shù)和教育的發(fā)展。

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