基于主成分分析的山东省可持续发展能力综合评价

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　　【摘要】社会和国家的可持续发展问题是一个不容忽视、具有时代意义的永恒话题。时至今日，距我国政府提出可持续发展战略已有15年时间。在这15年中，可持续发展战略在我国得到怎样的发展，什么样的问题成为制约区域可持续发展的瓶颈。为了回答这些问题，本文根据可持续发展系统学原理构建出山东省可持续发展的综合评价指标体系，运用主成分分析对山东省17个地级市的19项指标进行了定量分析，并在此基础上得出17个城市的经济可持续发展水平评估的综合排名，同时对各市区经济可持续发展状况进行了综合评价。
　　【关键词】可持续发展；山东；主成分分析；综合评价
　　
　　引言
　　社会和国家的可持续发展问题是一个不容忽视、具有时代意义的永恒话题。上世纪90年代，中国政府制定《21世纪议程》，提出适合本国国国情的可持续发展纲领并于1996年正式把可持续发展战略作为国家的基本战略。这一引起国际社会巨大反响的重要举措，宣告了我国由传统发展模式向可持续发展模式转变的决心，标志着我国实施可持续战略进程的开始。
　　时至今日，距我国政府提出可持续发展战略已有15年时间。在这15年中，可持续发展战略是否被作为各地发展的指导思想得到有效贯彻执行？经过15年的发展，我国各个地区的可持续发展能力达到怎样的水平？在这15年的发展中，什么样的问题成为制约区域可持续发展的瓶颈？
　　为了对上述问题有一个清晰的认识，本文依照可持续发展系统学的基本原理和基本方法，设计出一套体现“经济－社会－环境”可持续发展系统的评价指标体系后，采用多元统计中的主成份分析方法，运用spss17.0软件，对近几年来经济发展势头迅猛、资源问题突出的人口大省山东省的17个地级市的可持续发展能力进行了定量分析。
　　1.综合评价指标体系的建立
　　目前，国际社会上公认的可持续发展能力的评价体系研究存在三大主流体系，可持续发展生态学指标体系、可持续发展社会学体系、可持续发展经济学体系。我国以牛文元为代表的一批学者在三大研究方向的基础上，对于中国可持续发展战略研究的设计，独立地开创了研究的第四个方向――系统学方向[1]。其突出特色是以综合协同的观点，去探索可持续发展的本源和演化规律。
　　可持续发展系统学认为：可持续发展是这样的发展，它以维护与增强生态、资源可持续发展能力为前提、以提高人的素质为基础、以科技进步为动力、以经济增长为中心、以社会发展为最终目标。可持续发展不是单指经济的发展或社会的发展，可持续发展是一个复杂系统，它强调“环境―社会―经济”三个子系统协调统一的一致发展。只有３个子系统协调可持续发展，才能最终实现地区的可持续发展[2]。
　　遵从系统学的原则理论，在设计可持续发展能力测评指标体系时，应从三个维度搭建起指标体系的框架，即经济发展维度、社会发展维度、资源与环境发展维度。
　　经济发展维度所选的指标，应体现出一个地区的经济经济发展总体水平、经济结构、经济效益、国民经济各种比例关系等各个方面的状况。社会发展维度所选的指标，应体现出一个地区的人们生活状态和生活质量的水平。资源环境维度所选择的指标应能体现出当地人们对资源的利用状况、环境污染状况、环保力度等方面的情况。
　　基于上述理论的指导，结合评估指标的客观性、可比性和可获得性等一般原则，最终确立包含19项指标的综合评价体系：
　　2.可持续发展能力评价方法选择
　　在可持续发证能力的综合评价中，为了全面反映区域的经济、社会、环境等多方面的状况，需要搜集大量数据、多项指标以便进行分析和寻找规律。多变量数据为研究提供丰富的信息，但是也在一定程度上增加了数据采集的工作量，更重要的是在多数情况下，评价指标之间存在内在联系和相关性而增加了问题分析的复杂性，对分析问题带来不便。如果一个一个的分析的分析这些指标，无疑会造成对研究对象的片面认识，也不容易得出综合的、一致性很好的结论。主成分分析不失为解决上述矛盾的一种有效方法。
　　主成分分析法是霍特林1933年首次提出的，它利用降维的思想能够把多个指标转换成几个保留原数据大部分信息的综合指标[3]。其基本思想是：设法将原来众多具有一定相关性的指标重新组合成一组新的相互无关的综合指标，即将原来的指标做线性组合，成为若干个新的指标。通常要求第一个线性组合方差最大，即第一个综合指标包含的信息最多，如果第一个主成分不足以代表原来所有指标的信息，再考虑选取第二个主成分，并要求已有的信息不出现在其中，依次类推，直到选取的主成分能够包含评价所需要的足够的信息。
　　本文所采用的分析软件是spss17.0。进行主成份分析的主要步骤如下：
　　（1）将原始数据标准化同度量化。具体分为两步：将原始指标正向化；对正向化化后的指标变量进行均值为0，标准差为1的标准化变换。
　　（2）计算出相关矩阵的特征值，方差贡献率和累计贡献率。并由主成份的累计贡献率以及相关矩阵特征根的值，确定主成份个数m。
　　（3）命名主成分，并利用因子载荷矩阵和相关系数矩阵的特征根计算特征向量：，其中为第j个特征向量的第i个元素；为因子载荷矩阵第i行第j列的元素；为第j个因子对应的特征根。
　　（4）依照特征向量矩阵写出主成份的表达式，其中为各主成分，为特征向量矩阵，为原始数据矩阵同度量化和标准化后的矩阵。构造主成分综合评价函数：
　　其中为特征值，Ｐ为原始指标个数，为个主成分得分。
　　（5）计算各个主成分的得分值以及综合得分值，进行综合评价。
　　3.山东省17个地级市可持续发展能力的综合评价
　　近几年来，山东省的经济发展势头迅猛，孕育培养了一批如海尔电器、青岛啤酒、双星等实力雄厚的工业企业。但同时，人口膨胀、资源消耗、环境污染也正成为制约山东省经济进一步发展的瓶颈。此外，由于自然禀赋、经济基础导致的差异，山东省不同地区的可持续发展水平的差距呈现加速拉大的趋势。因此，区分山东不同区域可持续发展水平，分析不同区域可持续发展存在的问题，对促进山东省的可持续发展有着重要意义。
　　3.1 数据来源和预处理
　　鉴于数据的可获得性和公信力，本文选择的的样本数据均来自于《2008年山东省统计年鉴》。
　　本文按照第一部分设计的指标体系选定样本后，由于指标中存在成本型指标，首先应对原始数据进行正向化的处理。正向化处理是进行主成分分析之前非常重要的数据处理工作，刘新华在《因子分析中数据正向化处理的必要性及其软件实现》一文中用实例验证了若不对逆向指标进行正向化处理，就会导致分析的结果出现偏误[4]。本文具体按照下述公式对原始指标进行正向化处理：
　　对于效益性指标：
　　对于成本型指标：
　　正向化处理后，对指标变量矩阵进行均值为0，标准差为1的标准化变换。具体按照下属公式进行：
　　3.2 计算特征根，确定主成分个数
　　3.3 计算特征向量，确定主成分的表达式
　　变量的的共同度刻画了全部因子对变量的信息解释的程度是评价变量信息丢失程度的重要指标[5]。根据SPSS软件提取的结果，绝大多数变量的共同度均高于0.8，只有第18个变量的共同度较低，为0.624。这表明提取的因子能够反映原有变量的80%以上的信息，本次提取的效果较好。
　　根据特征根大于1，累积贡献率大于80%的原则得出主成分特征根、主成分贡献率和累计贡献率，见表1。由表1可知第一、第二、第三、第四累计贡献率已达82.572%，说明前4个主成分已提供了原始数据的足够信息，因此本文最终确定提取4个主成分。

　　由表2可知，第一主成份在人均地区生产总值（x2）、每万人拥有的园林绿地面积（x16）、每万人医生数（x14）、万元GDP取水量（x6）、每万人拥有的科学家和工程师人数（x10）、人口自然增长率（x9）、登记失业率（x13）、科教经费占GDP比重（x12）、工业废水处理达标率（x18）有较大载荷，由此看来第一主成分涵盖了地区的经济、社会、环境的综合状况，因此称第一主成分为综合因子。
　　第二主成分在第三产业占地区生产总值比重（x4）、地区生产总值（x1）、利用外资额（x7）、每万人拥有的教师数量（x11）、第二产业产值比重（x3）有较大载荷，第二主成分主要体现了地区经济的总规模、经济结构和经济外向性程度，因此称第二主成分为经济发展因子。
　　第三主成分在生活垃圾无害化处理率（x19）、人口密度（x8）、每万人拥有的农业用地面积（x17）上的因子载荷值较大，可见其主要代表了当地居民的社会生活质量，称其为社会生活因子。
　　第四个主成分主要载荷在建成区绿化覆盖率（x15），这一指标上，故称其为绿林环境因子。
　　根据因子载荷矩阵，分析了主成分的构成情况并命名主成分后，利用因子载荷矩阵和特征根，计算特征向量矩阵后，可得出4个主成分的表达式如下：
　　……
　　以各个主成分的累计贡献率作为权数，构造综合评价函数：
　　3.4 山东省可持续发展能力的综合分析
　　按照主成分的表达式和综合评价函数，利用spss17.0软件得出江苏省各区域可持续发展各主成分及综合主成分排名，如表5所示。主成分得分保留两位小数。
　　从表5可以看出，山东17个地级市中，东营、青岛、莱芜、淄博、济南、烟台的可持续发展的综合能力位居前列，主要是由于这些地区的经济基础好、经济较发达，主要表现为综合因子（F1）和经济因子（F2）的得分较高，排名靠前，从而从整体上拉升了可持续发展的综合得分。但同时，在社会生活因子（F3）和绿林环境因子（F4）的得分上，这些地区出现了与前量大因子几乎相反的排名，都排在了比较靠后的位置。这进一步说明，这些经济较为发达的的地区，在发展经济的同时，并没有很好的促使社会、环境协调一致的发展，这些地区的发展仍是建立在以消耗资源还进为代价的粗放型经济的发展模式上。
　　聊城、济宁、临沂、菏泽、枣庄的可持续发展水平较为落后，主要是由于这些地区的经济发展较为落后所致，因此这些地区应把发展经济放在首位，在发展经济的同时注意人与环境、人与社会的协调问题，不要走“先污染后治理”的经济发展模式的道路。另外，从整体上看，山东省各个地市的可持续发展水平极不平衡，鲁西南和鲁西北地区的可持续发展能力普遍较弱，经济发展水平低下，社会发展和生态状况恶化，今后如何扶植山东西部地区培育起可持续发展能力对山东的可持续发展有重要意义。
　　4.结束语
　　可持续发展的能力建设是顺利实施山东可持续发展目标的前提。“环境―社会―经济”三个子系统的指标中无论某一项如何强，只要有一项偏弱，都会在综合评价结果上表现出来。这就要求三者必须协调发展。今后的发展，应将可持续发展能力建设的重点放在增强经济的持续发展能力；高度重视自然资源的合理开发利用和生态环境的治理与保护；大力发展科技教育，确保社会系统的协调、健康发展以及决策和管理的科学化等方面。通过这些努力，使山东今后可持续发展能力得到明显的改善和提高。
　　
　　参考文献：
　　[1]杨多贵,陈劭锋,牛文元.可持续发展四大代表性指标体系评述[J].科学管理研究,2001,19(4):57-61.
　　[2]牛文元.可持续发展战略――21世纪中国的必然选择[J].中国科学院院刊,2000(4):270-275.
　　[3]林海明,张文霖.主成分分析与因子分析的异同和SPSS软件[J].统计研究,2005(3):65-68.

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