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        中國礦業(yè)城市可持續(xù)力聚類分析

        2010-01-22 05:49:31蘇順華柯小玲
        中國礦業(yè) 2010年3期
        關(guān)鍵詞:曲線圖適應(yīng)度煤炭

        蘇順華,余 敬,柯小玲

        (中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),湖北 武漢 430074)

        礦業(yè)城市是指因礦產(chǎn)資源開發(fā)而形成或發(fā)展起來,在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟結(jié)構(gòu)中以礦業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo),礦業(yè)及相關(guān)的社會生產(chǎn)發(fā)展到一定規(guī)模后形成的特定區(qū)域。作為礦業(yè)大國,目前我國擁有礦業(yè)城市(鎮(zhèn))400余座,資源枯竭城市已達40多座,占總量的10 %左右;眾多礦山已經(jīng)或即將進入資源枯竭期,我國一些礦業(yè)城市已出現(xiàn)“礦竭城衰”的現(xiàn)象。正是由于礦產(chǎn)資源的不可再生性和可耗竭性,因此,探求和分析我國礦業(yè)城市的可持續(xù)發(fā)展能力有著十分重要的意義。本文首先運用加速遺傳模糊聚類算法,對中國78座主要礦業(yè)城市進行模糊聚類,然后在此基礎(chǔ)上,根據(jù)礦業(yè)城市所處的發(fā)展階段、空間分布、資源類型和城市規(guī)模等屬性探索其分類規(guī)律,分析中國主要礦業(yè)城市可持續(xù)力的特點和所處的水平,并找出各類樣本與指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,提煉出指標(biāo)要素和城市屬性與可持續(xù)力之間的規(guī)則。

        1 模糊聚類方法的選擇

        (1)隨機產(chǎn)生編碼長度為e、規(guī)模為n的二進制初始群體。

        (2)計算每個個體對應(yīng)的整數(shù),作為初始分類數(shù)。

        (3)對每一個個體的初始分類數(shù),執(zhí)行模糊C-均值聚類算法。

        (5)對群體實行遺傳操作,操作選擇適應(yīng)度比例方式,交叉概率取pc=1.0,變異概率取pm=1.0,得到n個子代個體,返回步驟2,如此進化兩代。

        (6)加速遺傳操作。取上面每代進化適應(yīng)度值排在前10位的個體為優(yōu)秀個體,并用這些優(yōu)秀個體的變量變化空間,重新設(shè)置比那兩初始變化區(qū)間,并返回步1。如此加速循環(huán),直到最優(yōu)個體的適應(yīng)度值達到某一設(shè)定值或運行達到設(shè)定的加速次數(shù),運行結(jié)束。此時,群體中的最佳個體對應(yīng)的分類數(shù)即為最佳分類數(shù),最佳分類數(shù)對應(yīng)的分類結(jié)果為最佳分類結(jié)果。

        2 模糊聚類分析

        2.1 樣本和指標(biāo)的選取

        本文所采用的指標(biāo)體系,是在文獻[3]的指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,通過結(jié)構(gòu)方程建模,進行了指標(biāo)的合理合并和剔除而得到的,具體指標(biāo)見表1。選取文獻[3]中中國78個主要礦業(yè)城市為模糊聚類的樣本,數(shù)據(jù)也來源于此。并對數(shù)據(jù)用如下公式進行歸一化處理:

        正向指標(biāo):X′=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

        逆向指標(biāo):X′=(Xmax-X)/(Xmax-Xmin)

        2.2 分類結(jié)果

        當(dāng)參數(shù)e=10,n=300,ε=10-4,h=2,α=2時,根據(jù)上面加速遺傳迭代自組織模糊C-均值算法,對78個主要礦業(yè)城市進行聚類,經(jīng)過三次加速遺傳迭代得到最佳聚類數(shù)c=4。根據(jù)最佳軟分類矩陣,由最大隸屬度原則得到最佳分類結(jié)果(表2)。圖1是各類別對應(yīng)的類中距與類間距曲線圖,其中A線為類中距,B線為類間距。圖2是各類別對應(yīng)的適應(yīng)度值曲線圖,可以看出分4類時適應(yīng)度值最大。

        圖1 類中距與類間距曲線圖

        圖2 適應(yīng)度函數(shù)值曲線圖

        從分類結(jié)果來看,加速遺傳模糊聚類算法,對中國主要礦業(yè)城市可持續(xù)力給出了正確的識別。

        首先,從礦業(yè)城市所處的發(fā)展階段、空間分布、資源類型和城市規(guī)模等因素來看:第一類,有4個城市,都是石油類中年城市,是可持續(xù)力最強的一類城市。第二類,有7個城市,主要都是中部的大、中型煤炭城市,是可持續(xù)力較強的一類城市。第三類,有32個城市,都是中年城市,主要是

        煤炭、冶金類城市,各占8個;其次是綜合、有色類城市,各占5個;從地區(qū)分布和規(guī)模來看,東部大中型城市占9個,中部中小型城市占8個,西部中小型城市占9個。這一類的可持續(xù)力為一般。第四類,有35個城市,東中部城市占34個,主要是大中型煤炭、有色和石油類城市,分別為17個、4個和4個,且老幼年城市較多。因此,這一類的可持續(xù)力是最低的,所識別的結(jié)果完全符合實際情況。另外,從各類樣本數(shù)可以看出,中國絕大多數(shù)礦業(yè)城市的可持續(xù)力,還處于中、低水平,占據(jù)了78個城市中的67個,為85.9%;可持續(xù)力處于強、較強水平的只有11個,為14.1%;而且可持續(xù)力最強的,全為中年石油類城市。

        再者,從各類別礦業(yè)城市與指標(biāo)數(shù)據(jù)來看:第一類,人均GDP、人均固定資產(chǎn)凈值、每百元固定資產(chǎn)投資實現(xiàn)的利稅、每百元工業(yè)總產(chǎn)值實現(xiàn)的利稅及人均儲蓄年末余額5個指標(biāo)數(shù)據(jù)值排名非常高,均在前5位。即:可認為,這5項指標(biāo)高的石油類城市的可持續(xù)力強。第二類,人均45種礦產(chǎn)工業(yè)儲量潛在價值和主要礦產(chǎn)資源聚集度兩指標(biāo)數(shù)據(jù)值排名最高,均排在第1位。即:可認為,這2項指標(biāo)高的以煤炭為主的城市可持續(xù)力較強。第三類,人均儲蓄年末余額、人均45種礦產(chǎn)工業(yè)儲量潛在價值、主要礦產(chǎn)資源聚集度及每十萬人擁有醫(yī)生數(shù)4指標(biāo)數(shù)據(jù)值排名較為居中,一般化,這些指標(biāo)排在9~45位之間的城市有20多個,即:可認為,這4項指標(biāo)一般化的城市可持續(xù)力一般。第四類,人均儲蓄年末余額、人均45種礦產(chǎn)工業(yè)儲量潛在價值、主要礦產(chǎn)資源聚集度及每十萬人擁有醫(yī)生數(shù)4指標(biāo)數(shù)據(jù)值排名很靠后。這些指標(biāo)排在40~78位之間的城市平均有25個左右,即:可認為,這4項指標(biāo)較差的城市可持續(xù)力也低。

        由以上分析可以得出如下規(guī)則:

        ①當(dāng)石油類礦業(yè)城市的經(jīng)濟發(fā)展與效益和社會發(fā)展與生活質(zhì)量要素都處于很高水平時,則其有很強的可持續(xù)力;②當(dāng)大中型煤炭礦業(yè)城市的資源稟賦和開發(fā)條件要素處于較高水平時,則其可持續(xù)力較強;③當(dāng)中年煤炭、冶金類礦業(yè)城市的社會發(fā)展與生活質(zhì)量、資源稟賦和開發(fā)條件及社會協(xié)調(diào)度等要素都處于一般水平時,則其可持續(xù)力一般;④當(dāng)東中部的大中型煤炭類礦業(yè)城市的社會發(fā)展與生活質(zhì)量、資源稟賦和開發(fā)條件及社會協(xié)調(diào)度等要素的水平很低時,則其可持續(xù)力就低。

        表1 可持續(xù)力指標(biāo)體系

        表2 最佳分類結(jié)果

        3 結(jié)論

        本文首先運用改進的加速遺傳模糊聚類算法,對中國78個主要礦業(yè)城市進行了模糊分類,將其分成了可持續(xù)力強、較強、一般和低四個最佳類別。其次,在模糊聚類的基礎(chǔ)上,得出了中國絕大多數(shù)礦業(yè)城市的可持續(xù)力還處于中、低水平的結(jié)論,以及給出了礦業(yè)城市所處的發(fā)展階段、空間分布、資源類型和城市規(guī)模等屬性和指標(biāo)要素與可持續(xù)力之間的4條規(guī)則。

        [1] 諸克軍,等. 模糊C-均值中的最優(yōu)聚類與最佳聚類數(shù)[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐,2005,(3):52-61.

        [2] 金菊良,楊曉華,丁 晶. 標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法的改進方案—加速遺傳算法[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐,2001,4(4): 8-13.

        [3] Yu, J., Zhang, Z.J., Zhou, Y.F.. The sustainability of China′s major mining cities[J]. Resources Policy, 2008, 33: 12-22.

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