陳華榮 王曉鳴

(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430074)

基于聚類分析的可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)分類評(píng)價(jià)研究

陳華榮 王曉鳴

(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430074)

針對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分類方法導(dǎo)致的客觀性缺乏等問(wèn)題,從數(shù)據(jù)著手,運(yùn)用聚類分析的手段根據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)特征對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行分類,揭示出不同實(shí)驗(yàn)區(qū)發(fā)展?fàn)顟B(tài)之間的相似性和差異性,研究得出合理的實(shí)驗(yàn)區(qū)分類標(biāo)準(zhǔn)和分類數(shù)量,并在此基礎(chǔ)上初步設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)區(qū)分類評(píng)價(jià)模型,為實(shí)驗(yàn)區(qū)的分類管理實(shí)踐提供了理論依據(jù)和技術(shù)手段。根據(jù)對(duì)17個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)樣本數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示,可按照實(shí)驗(yàn)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和生態(tài)環(huán)境狀況兩方面的情況,將實(shí)驗(yàn)區(qū)劃分為以加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主題的實(shí)驗(yàn)區(qū)、以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)為主題的實(shí)驗(yàn)區(qū)和以全面協(xié)調(diào)發(fā)展為主題的實(shí)驗(yàn)區(qū)3類。以上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,各類實(shí)驗(yàn)區(qū)之間的差異顯著而同類實(shí)驗(yàn)區(qū)存在較好的相似性。實(shí)驗(yàn)區(qū)的評(píng)價(jià)流程可劃分為如下的兩個(gè)步驟:首先將待評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)與該階段已有實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)對(duì)比,通過(guò)專家評(píng)價(jià)法或聚類分析過(guò)程,劃定該實(shí)驗(yàn)區(qū)所屬的種類;而后參照同類別實(shí)驗(yàn)區(qū)相關(guān)指標(biāo),進(jìn)行定性或者定量評(píng)價(jià)。

可持續(xù)發(fā)展;實(shí)驗(yàn)區(qū);聚類分析;評(píng)價(jià)

國(guó)家可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)作為中國(guó)探索可持續(xù)發(fā)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(duì)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)(下文簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)區(qū)”)的研究主要集中在探索實(shí)驗(yàn)區(qū)管理、建設(shè)和規(guī)劃思路[1-3];分析實(shí)驗(yàn)區(qū)管理建設(shè)過(guò)程中面臨的實(shí)際問(wèn)題[4-6]以及以地方實(shí)驗(yàn)區(qū)為對(duì)象的實(shí)證研究[7-9]等方面。在新的歷史發(fā)展時(shí)期,加強(qiáng)對(duì)國(guó)家層面實(shí)驗(yàn)區(qū)分類管理思路研究,完善管理操作流程,是提高實(shí)驗(yàn)區(qū)管理工作能效,推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展探索實(shí)踐的重要途徑。

1 國(guó)家可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)的管理與分類

現(xiàn)行的《國(guó)家可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)管理辦法》將國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)區(qū)的建設(shè)管理過(guò)程劃分為三個(gè)階段:新區(qū)申報(bào)階段、中期檢查階段和期末驗(yàn)收階段。從管理的基礎(chǔ)理論看[10],在各個(gè)階段的評(píng)審或檢查過(guò)程中,對(duì)特定區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行測(cè)量,即對(duì)某一區(qū)域在特定時(shí)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、資緣等諸要素的協(xié)調(diào)狀態(tài)進(jìn)行度量具有十分重要的意義(見(jiàn)表1)。

目前對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平的測(cè)量大體分為兩種方式:一種是測(cè)量該水平的相對(duì)值(如區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平所處位次等);另一種為定量測(cè)量該水平的絕對(duì)值(如設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及協(xié)調(diào)度的計(jì)算方法得出確定分值)。在管理理論和實(shí)踐中,由于評(píng)價(jià)對(duì)象分屬不同的類型(見(jiàn)表2),無(wú)論采取何種測(cè)量方法,試圖采用一套固定的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)不同類型的實(shí)驗(yàn)區(qū)均缺乏足夠的說(shuō)服力和可操作性。

因此,以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)區(qū)管理統(tǒng)計(jì)指標(biāo)為基礎(chǔ),尋求一種合理的分類依據(jù)(在眾多的分類標(biāo)準(zhǔn)采用哪一種或幾種標(biāo)準(zhǔn)作為分類依據(jù)),在此基礎(chǔ)上對(duì)待評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)區(qū)歸類,而后在同一類別中對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行橫向比較成為一種比較可行的評(píng)價(jià)思路。在此過(guò)程之中,通過(guò)研究得出合理可靠的分類依據(jù)是評(píng)價(jià)過(guò)程的關(guān)鍵,本研究主要致力于解決分類依據(jù)(包括分類數(shù)量和分類標(biāo)準(zhǔn))問(wèn)題。

表1 不同管理階段測(cè)量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平的作用Tab.1 Function of measuring the district sustainable development level in different management period

表2 實(shí)驗(yàn)區(qū)分類標(biāo)準(zhǔn)與類型Tab.2 Classify criterion and styles of CNSCs

2 實(shí)驗(yàn)區(qū)的聚類分析思路與分類評(píng)價(jià)模型

2.1 聚類分析原理

聚類分析是按照數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)特征對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的一種探索性統(tǒng)計(jì)方法。其實(shí)質(zhì)就是按照距離的遠(yuǎn)近將數(shù)據(jù)分為若干個(gè)類別,使得類別內(nèi)數(shù)據(jù)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(jì)算方式,隨后按照距離的遠(yuǎn)近,通過(guò)把距離接近的數(shù)據(jù)一步一步歸為一類得到可能的聚類結(jié)果,最后再利用一些相應(yīng)的指標(biāo)來(lái)確定聚為幾類最為合適。

2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)聚類分析思路及分類評(píng)價(jià)模型

對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析旨在改變傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)劃分方法,從數(shù)據(jù)著手,運(yùn)用聚類分析方法從實(shí)驗(yàn)區(qū)申報(bào)數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)特征對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。具體而言,即以現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)指標(biāo)為基礎(chǔ),以實(shí)驗(yàn)區(qū)申報(bào)數(shù)據(jù)為對(duì)象,對(duì)一定數(shù)量實(shí)驗(yàn)區(qū)的申報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,通過(guò)驗(yàn)證不同分類方案的合理性及類別間的特征,得出合理的實(shí)驗(yàn)區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平測(cè)量的分類標(biāo)準(zhǔn),并在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)得出不同類別的特征值(如均值和極值)。

明確實(shí)驗(yàn)區(qū)的類別數(shù)量和分類標(biāo)準(zhǔn)之后,實(shí)驗(yàn)區(qū)的評(píng)價(jià)流程可劃分為如下的兩個(gè)步驟:首先,將待評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)與該階段已有實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)對(duì)比,通過(guò)專家評(píng)價(jià)法或重復(fù)以上的聚類分析過(guò)程,劃定該實(shí)驗(yàn)區(qū)所屬的種類;而后,參照同類別實(shí)驗(yàn)區(qū)相關(guān)指標(biāo),進(jìn)行定性或者定量評(píng)價(jià)。聚類分析方案及分類評(píng)價(jià)模型見(jiàn)圖1。

3 實(shí)驗(yàn)區(qū)聚類分析過(guò)程及結(jié)果

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的數(shù)據(jù)采用08年17個(gè)新區(qū)的申報(bào)材料中提供的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)區(qū)指標(biāo)體系共由覆蓋7個(gè)領(lǐng)域(人口、生態(tài)、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技教育)的30項(xiàng)指標(biāo)組成,按照指標(biāo)的代表性和數(shù)據(jù)的可獲取性原則,從中遴選出19項(xiàng)指標(biāo)組成的新的研究指標(biāo)體系。指標(biāo)體系及數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖1 聚類分析方案及分類評(píng)價(jià)模型Fig.1 Clustering schedule and classification-evaluation model

表3 指標(biāo)體系及實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)Tab.3 Index system and CNSCs date

續(xù)表3 指標(biāo)體系及實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)Tab.3 Index system and CNSCs date

3.2 數(shù)據(jù)處理

缺省值處理:由于部分地方提供的申報(bào)材料數(shù)據(jù)不完整,造成部分分析數(shù)據(jù)缺失。對(duì)于缺失值,分析過(guò)程采用均數(shù)替代。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理:17個(gè)指標(biāo)數(shù)量級(jí)并不一致,各指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均數(shù)從最小的0.57到最大的88.20,標(biāo)準(zhǔn)差也從0.23-93.23(各指標(biāo)分析表略),顯示了數(shù)據(jù)量綱之間的差異性。為了消除不同變量大小不同對(duì)聚類結(jié)果的影響,有必要在聚類分析前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,本分析過(guò)程采用Z—評(píng)分法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3.3 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

本研究運(yùn)用SPSS軟件(版本:SPSS 13.0 for windows)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。對(duì)于兩個(gè)類之間的距離,采用離差平方和法計(jì)算,距離測(cè)量方法選擇“平方歐幾里得距離方法”,這意味著對(duì)于兩條數(shù)據(jù)(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),平方歐幾里得距離[6]:

全部數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化化為Z-評(píng)分,希望保留的類別數(shù)為3-5類。同時(shí),為便于觀察理解,分析結(jié)果采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖的方式表示(見(jiàn)圖2)。樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖直觀地表現(xiàn)了聚類的全過(guò)程,橫坐標(biāo)代表對(duì)類間距離的度量,它把類間的最大距離算作相對(duì)距離為25,其余的距離換算成以之相比的相對(duì)距離大小。在下圖中,圖形左邊代表進(jìn)行聚類的對(duì)象(本研究為實(shí)驗(yàn)區(qū)),線條連接表示類別的合并過(guò)程。

不同的分類方案產(chǎn)生的分類結(jié)果見(jiàn)表4。

在分類方案2,3中,第2類包含對(duì)象的數(shù)量(1個(gè))與第1類(6個(gè))相比過(guò)于懸殊,另外從樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖來(lái)看,分類方案二、三中,第2類和第3類相對(duì)距離過(guò)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(shí)驗(yàn)區(qū)分為三類為宜?？偨Y(jié)各類的特征如下:

圖2 樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Dendrogram

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

第1類:以加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展為實(shí)驗(yàn)主題的實(shí)驗(yàn)區(qū):此類地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平一般,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)為主,生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)較好。在資源環(huán)境條件允許的前提下加速發(fā)展經(jīng)濟(jì)是實(shí)驗(yàn)工作重點(diǎn)。

第2類:以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)為實(shí)驗(yàn)主題的實(shí)驗(yàn)區(qū):此類地區(qū)工業(yè)特別是能源化工工業(yè)發(fā)展迅猛,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,資源消耗大,社會(huì)進(jìn)步顯著,但環(huán)境治理水平未能與經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相適應(yīng)。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí),提高環(huán)境治理能力是實(shí)驗(yàn)工作重點(diǎn)。

第3類:以全面協(xié)調(diào)發(fā)展為實(shí)驗(yàn)主題的實(shí)驗(yàn)區(qū):此類地區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為合理,社會(huì)事業(yè)興旺。進(jìn)一步全面協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境的發(fā)展,建設(shè)和諧社會(huì)是實(shí)驗(yàn)工作的重點(diǎn)。

從以上分析可以看出,對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)的分類,應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境兩方面狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),具體分類標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 實(shí)驗(yàn)區(qū)分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Classification criterion for CNSCs

以上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,各類實(shí)驗(yàn)區(qū)之間的差異顯著而同類實(shí)驗(yàn)區(qū)存在較好的相似性,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分類評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)論具有較強(qiáng)說(shuō)服力。各類別部分主要指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表6。

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

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)采用聚類分析的手段分析實(shí)驗(yàn)區(qū)樣本數(shù)據(jù),揭示了不同實(shí)驗(yàn)區(qū)發(fā)展?fàn)顟B(tài)之間的相似性和差異性,研究得出合理的實(shí)驗(yàn)區(qū)分類標(biāo)準(zhǔn)和分類數(shù)量,解決了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分類方法導(dǎo)致的客觀性缺乏等問(wèn)題,并在此基礎(chǔ)上初步設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)區(qū)分類評(píng)價(jià)模型,為實(shí)驗(yàn)區(qū)的分類管理實(shí)踐提供了理論依據(jù)和技術(shù)手段。作為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一種有效的探索模式和實(shí)驗(yàn)示范方式,在科學(xué)發(fā)展觀的指引下,實(shí)驗(yàn)區(qū)工作必將迎來(lái)一個(gè)嶄新的發(fā)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?yàn)閰^(qū)域經(jīng)濟(jì)管理。