關(guān)于灰色關(guān)聯(lián)分析法的實際應(yīng)用
——基于2018年美國大學生建模大賽C題

張體琪

(西華師范大學，四川南充637000)

引言

灰色關(guān)聯(lián)分析法是一種多因素的統(tǒng)計分析方法，是基于數(shù)據(jù)序列的趨勢曲線。如果曲線的幾何形狀接近，則因素的關(guān)聯(lián)度較大，如果曲線分散，則因素的關(guān)聯(lián)度較弱。

為了準確地描述在1960年至2009年之間的能量概要發(fā)展進程，我們發(fā)現(xiàn)許多影響美國能源消耗的因素，接下來分別為四個州在各種影響因素和能源消耗之間建立灰色關(guān)聯(lián)分析模型。然后通過計算其影響程度進而確定出影響能源消耗的主要因素。每種能源發(fā)展都可以通過各種因素的變化被解釋和反映。

以下是針對其中的第二個問題的詳細步驟:

第一步，因為題目所給的附件中的數(shù)據(jù)變量數(shù)量龐大，而且變量的含義有很多交叉。通過理解原始數(shù)據(jù)變量含義，將變量分類并最終確定了一些容易量化的變量來進行問題的分析。然后基于50年的數(shù)據(jù)，利用Matlab畫出各種資源的發(fā)展趨勢圖形，并總結(jié)四個州的能源使用情況，同時為后面確定影響能耗的主要因素提供了數(shù)據(jù)支撐。

第二步，資源的使用情況受到很多現(xiàn)實因素的影響，沒有明顯的規(guī)律。因此，首先通過篩選確定了主要的影響因素，然后通過數(shù)據(jù)建立了灰色關(guān)聯(lián)分析模型，發(fā)現(xiàn)了各種因素與能耗之間的關(guān)聯(lián)強度。

1　灰色關(guān)聯(lián)分析法的具體步驟

1.1　選擇影響因素

為了研究美國四個州的能源配置文件，我們通過查找文獻確定了五個指標:經(jīng)濟發(fā)展、人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源效率和能量消耗。我們假設(shè)50年的能源發(fā)展由來表示，并將其用序列的方式來表示:

影響因素數(shù)據(jù)用xi來代表，而且有:xi=［xi(1)，xi(2)，…，xi(n)］

1.2　處理原始數(shù)據(jù)，無量綱化

因為不同的度量單位存在差異，原始數(shù)據(jù)在維度和數(shù)量級上也有不同，我們必須處理原始數(shù)據(jù)并使其無量綱。

1.3　計算絕對值

計算在同一時間內(nèi)影響因素與參考數(shù)列之間的絕對值，以下是使用的公式:

絕對差越大，數(shù)列變化的一致性越弱;絕對差值越小，說明數(shù)列變化一致性也越強。

1.4　計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù):

這里是關(guān)聯(lián)系數(shù)，通常取值為0.5.

1.5　計算關(guān)聯(lián)度:

2　計算結(jié)果的分析比較及建議

通過探究五個因素對各種資源的影響，進而將每個州的地理、經(jīng)濟和人口結(jié)構(gòu)結(jié)合起來。分析影響資源配置的最重要的因素，并對能源發(fā)展的合理使用提出一些建議。然后將每個資源的相關(guān)系數(shù)從大到小排序，找出對可再生能源和清潔能源影響最大的因素。接下來，將對四個州的清潔、可再生能源的使用提出一些有益的建議。

從結(jié)果得出結(jié)論:對可再生能源和清潔能源影響最大的是的在GDP中能源支出所占比重和相應(yīng)的能源效率。

提高在GDP中能源支出所占比重的建議，亞利桑那州制造業(yè)發(fā)展迅速，部門齊全，產(chǎn)品種類繁多，產(chǎn)值和就業(yè)人數(shù)都是全國第一。因此，對能源的需求很大。第一，政府應(yīng)將資源消耗的重點轉(zhuǎn)移到可再生資源上，并將可再生資源應(yīng)用于更多產(chǎn)業(yè)。國家總?cè)丝诩s34336萬人，占美國總?cè)丝诘慕?0%。它與其他三個州相比具有產(chǎn)業(yè)和人口優(yōu)勢。因此，它必須消耗更多的能源，在GDP中所占的份額相對較高。因此政府部門應(yīng)大力加強對GDP中能源投資占比的比重，著重加大對清潔資源的支出。采用先進技術(shù)提高資源的可利用率，做到成本利用最大化。

提高能源利用率的建議，第一，重視技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，降低能源利用成本。第二，他們可以利用各種經(jīng)濟手段和激勵手段來鼓勵提高能源的利用率。第三，政府要確保有關(guān)能源的法律法規(guī)落實到位。

3　結(jié)論

從數(shù)據(jù)文件可以得出結(jié)論，美國的能源發(fā)展已經(jīng)成為一個重要的轉(zhuǎn)折點。能源市場的預測受到很大的不確定性，因為許多影響能源市場的事件和未來技術(shù)、人口統(tǒng)計和資源的發(fā)展都是不可預測的。仍然有一些特點:由于能源消費的很大一部分與經(jīng)濟活動有關(guān)，因此在經(jīng)濟高速增長的情況下，能源消費預計將增加約8.2%，在低經(jīng)濟增長情況下仍將保持幾乎持平的趨勢。雖然石油和天然氣資源和技術(shù)案例影響能源的生產(chǎn)，但對國家能源消耗的影響卻不那么顯著。電力部門仍然是最大的初級能源消耗部門。從工業(yè)和電力部門的需求來看，天然氣的消耗量比其他能源消耗的能源要多。由于能源效率的提高抵消了運輸和工業(yè)活動的增多所產(chǎn)生的能源，石油消費仍然相對平穩(wěn)。隨著煤炭在電力行業(yè)中的天然氣和可再生能源的市場份額下降，煤炭消耗量下降。在一定百分比基礎(chǔ)上，可再生能源增長最快，因為資本成本隨著增加的滲透率而下降，因為當前實施的州和聯(lián)邦政策都在鼓勵對可再生資源的使用。

針對未來資源的長期可持續(xù)發(fā)展，我們有三大任務(wù):

1.調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu):抑制高能耗和高排放行業(yè)的過度增長;加速淘汰落后產(chǎn)業(yè);促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級;調(diào)整能源消耗結(jié)構(gòu);促進服務(wù)業(yè)和新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.提高能源效率:加強工業(yè)節(jié)能;推進建筑行業(yè)節(jié)能;推進交通行業(yè)節(jié)能減排;促進商業(yè)和民用節(jié)能;加強公共機構(gòu)的節(jié)能;加強主要污染物的減排;加強城市污水處理設(shè)施建設(shè);推進重點行業(yè)污染物減排;控制汽車的污染排放。

參考文獻:

［1］美國能源部，華盛頓，年度能源展望報告從2013年預計到2040年，該出版物將在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布:www.eia.gov/forecasts/aeo.

［2］關(guān)玉春，哈爾濱建筑大學，李忠元，大興安嶺圖強林業(yè)局《灰關(guān)聯(lián)分析及其應(yīng)用》，F(xiàn)238.