中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金優(yōu)秀青年教師特色學(xué)科團(tuán)隊資助項目的階段成果(編號CUG090114);中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)國土資源法律評價工程實(shí)驗室開放基金資助(編號CUGB10002)
[摘 要]模糊聚類是數(shù)理統(tǒng)計中研究多元統(tǒng)計分析的方法,它可根據(jù)我們所要達(dá)到的目的進(jìn)行有針對性選擇樣本的屬性或特征,用數(shù)學(xué)方法定量確定樣本間的類同關(guān)系。根據(jù)這一原理來對類同性質(zhì)礦區(qū)樣本進(jìn)行聚合,運(yùn)用SPSS軟件輔助分析,最終以達(dá)到科學(xué)合理宏觀調(diào)控與礦業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分。本文采用聚類分析法,以平頂山鹽礦區(qū)為對象進(jìn)行經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分,試圖提高劃分的精確性和科學(xué)性,進(jìn)而提出更具針對性的管理開發(fā)建議。
[關(guān)鍵詞]聚類分析, 礦業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū), 平頂山鹽礦區(qū)
一、引言
聚類分析算法是給定m維空間R中的n個向量,把每個向量歸屬到k個聚類中的某一個,使得每一個向量與其聚類中心的距離最小。聚類可以理解為:類內(nèi)的相關(guān)性盡量大,類間相關(guān)性盡量小。聚類問題作為一種無指導(dǎo)的學(xué)習(xí)問題,目的在于通過把原來的對象集合分成相似的組或簇,來獲得某種內(nèi)在的數(shù)據(jù)規(guī)律。聚類分析的基本思想是:采用多變量的統(tǒng)計值,定量地確定相互之間的親疏關(guān)系,考慮對象多因素的聯(lián)系和主導(dǎo)作用,按它們親疏差異程度,歸入不同的分類中一元,使分類更具客觀實(shí)際并能反映事物的內(nèi)在必然聯(lián)系。也就是說,聚類分析是把研究對象視作多維空間中的許多點(diǎn),并合理地分成若干類,因此它是一種根據(jù)變量域之間的相似性而逐步歸群成類的方法,它能客觀地反映這些變量或區(qū)域之間的內(nèi)在組合關(guān)系。
鹽礦區(qū)系統(tǒng)是一個多層次、復(fù)雜的大系統(tǒng),涉及諸多模糊、不確定的因素。平頂山市鹽礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)分類是以整個平頂山市的所有鹽礦區(qū)為研究對象,以各鹽礦區(qū)為基本單元,以經(jīng)濟(jì)為中心,以發(fā)展戰(zhàn)略和合理布局為目標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)類型區(qū)劃。其基本原則是:平頂山市的鹽礦區(qū)資源開發(fā)、利用的相對一致性;自然、經(jīng)濟(jì)、社會條件的一致性;保持一定行政地域單元的相對穩(wěn)定性。現(xiàn)行的平頂山市鹽礦區(qū)行政劃分不能反映出各個鹽礦區(qū)的共同點(diǎn),有必要通過模糊聚類分析將那些經(jīng)濟(jì)實(shí)際狀況相似的鐵礦區(qū)歸類,剖析、發(fā)現(xiàn)各況礦區(qū)的差異,對癥下藥,為制定發(fā)展對策提供依據(jù)。
二、建立指標(biāo)體系
1.確定分類指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分,應(yīng)考慮的指標(biāo)因素是多種多樣的。既要以巖鹽礦資源儲量為主,又要適當(dāng)考慮巖鹽質(zhì)量和勘察階段和開發(fā)利用狀況;既要有直接指標(biāo),又要有間接指標(biāo);既要考慮礦區(qū)發(fā)展的現(xiàn)狀,又要考慮礦區(qū)發(fā)展的過程和礦區(qū)發(fā)展的未來方向。
參考有關(guān)資料,結(jié)合專家意見,我們確定了對平頂山市鹽礦區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分的指標(biāo)。如表1所示。表中列舉了具體指標(biāo)及各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于河南省2006年礦產(chǎn)資源儲量簡表)。
表1鹽礦區(qū)經(jīng)濟(jì)劃分指標(biāo)體系及指標(biāo)數(shù)據(jù)
注:表中N表示缺失數(shù)據(jù),勘察階段1、2、3分別表示:初步勘探、詳細(xì)普查、詳細(xì)勘探,利用狀況1~7分別表示:近期不宜進(jìn)一步工作、可供進(jìn)一步工作、近期難以利用、推薦近期利用、計劃近期利用、基建礦區(qū)、開采礦區(qū)。
2.轉(zhuǎn)換指標(biāo)數(shù)據(jù)
由于不同變量之間存在不同量綱由于不同變量之間存在不同量綱、不同數(shù)量級,為使各個變量更具有可比性,有必要對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。目前進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法大致有三種,即標(biāo)準(zhǔn)化、極差標(biāo)準(zhǔn)化和正規(guī)化。為便于更直觀的比較各市之間同一指標(biāo)的數(shù)值大小,我們采用了正規(guī)化轉(zhuǎn)換方式。其計算公式為:
為了方便敘述,做如下設(shè)定:設(shè)Xi(i=1,2,3,…,21)為具體指標(biāo)層中第i個評價指標(biāo)的值,Pi(i=1,2,3,…,21)為第i個指標(biāo)正規(guī)化后的值,0≤Pi≤1,Xs,i(Xs,i=Xmax-Xmin),為第i個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值,Xmax為最大值,Xmin為最小值。
(1)對于越高越好的指標(biāo)
①Xi≥Xmax,則Pi=1;②Xi≤Xmin,則Pi=0;③Xmin (2)對于越低越好的指標(biāo) ①2Xi≤Xmin,則Pi=1;②Xi≥Xmax,則Pi=0;③Xmin 所有參與聚類分析的指標(biāo)數(shù)據(jù)見表2。 注:表中數(shù)據(jù)保留4位小數(shù)。礦區(qū)從上到下 三、聚類分析 Cluster Case Processing Summary(a,b) a Squared Euclidean Distance used bAverage Linkage (Between Groups) Average Linkage (Between Groups) Agglomeration Schedule 1.聚類步驟(Stage).從1~3表示聚類的先后順序。 2.個案合并(ClusterCombined)。表示在某步中合并的個案,如第一步中個案1葉縣田莊鹽礦段和個案2葉縣馬莊鹽礦段合并,合并以后用第一項的個案號表示生成的新類。 3.相似系數(shù)(Coefficients).據(jù)聚類分析的基本原理,個案之間親密程度最高即相似系數(shù)最接近于1的,最先合并。因此該列中的系數(shù)與第一列的聚類步驟相對應(yīng),系數(shù)值從小到大排列。 4.新類首次出現(xiàn)的步驟(StageClusterFirstAppears)。對應(yīng)于各聚類步驟參與合并的兩項中,如果有一個是新生成的類(即由兩個或兩個以上個案合并成的類),則在對應(yīng)列中顯示出該新類在哪一步第一次生成。如第三步中該欄第一列顯示值為1,表示進(jìn)行合并的兩項中第一項是在第一步第一次生成的新類。如果值為O,則表示對應(yīng)項還是個案(不是新類)。 5.新類下次出現(xiàn)步驟(NextStage)。表示對應(yīng)步驟生成的新類將在第幾步與其他個案或新類合并。如第一行的值是11,表示第一步聚類生成的新類將在第11步與其他個案或新類合并。 6.解析圖 Dendrogram using Average Linkage (Between Groups) Rescaled Distance Cluster Combine 聚類樹狀圖(方法:組間平均連接法) 圖清晰的顯示了聚類的全過程。他將實(shí)際距離按比例調(diào)整到0~25之間,用逐級連線的方式連接性質(zhì)相近的個案或新類,直至并未一類。在該圖上部的距離標(biāo)尺上根據(jù)需要(粗分或細(xì)分)選定一個劃分類的距離值,然后垂直標(biāo)尺劃線,該垂線將與水平連線相交,則相交的交點(diǎn)數(shù)即為分類的類別數(shù),相交水平連線所對應(yīng)的個案聚成一類。例如,選標(biāo)尺值為5,則聚為3類:葉縣田莊鹽段、葉縣馬莊鹽礦段為一類,葉縣婁莊鹽礦、葉縣五里堡鹽礦段為一類,葉縣姚寨鹽礦為一類。 若選標(biāo)尺值為10,則聚為2類:葉縣田莊鹽段、葉縣馬莊鹽礦段為一類,葉縣婁莊鹽礦、葉縣五里堡鹽礦段、葉縣姚寨鹽礦為一類。 四、結(jié)論 對平頂山市5個鹽礦區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分,究竟劃分為幾個區(qū)合適,既不是越多越好,也不是越少越好。劃分經(jīng)濟(jì)區(qū)的目的,就是要根據(jù)各鹽礦經(jīng)濟(jì)區(qū)資源特點(diǎn)、勘察、開發(fā)的不同,分類指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)活動,使人們的經(jīng)濟(jì)活動更加符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際,使各經(jīng)濟(jì)區(qū)能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,做到揚(yáng)長避短,趨利避害,達(dá)到投人少、產(chǎn)出多,創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益之目的。分區(qū)太多,就失去了分區(qū)的意義,分區(qū)太少,則分類指導(dǎo)很難做到有的放矢。綜合以上聚類分析結(jié)果,我們可以得出三個方案。其中兩個方案比較合適,可供選擇。 方案一:(當(dāng)比例尺為5時,分為3類)葉縣田莊鹽段、葉縣馬莊鹽礦段為一類,葉縣婁莊鹽礦、葉縣五里堡鹽礦段為一類,葉縣姚寨鹽礦為一類。 從聚類分析中看出平頂山市鹽礦區(qū)分類圖方案一。 平頂山市鹽礦區(qū)分類圖方案1 方案二:(當(dāng)比例尺為10時,分為2類)葉縣田莊鹽段、葉縣馬莊鹽礦段為一類,葉縣婁莊鹽礦、葉縣五里堡鹽礦段、葉縣姚寨鹽礦為一類。 從聚類分析中看出平頂山市鹽礦區(qū)分類圖方案二。 平頂山市鹽礦區(qū)分類圖方案2 聚類分析的原理就是將礦石質(zhì)量、資源儲量、勘查階段、利用狀況相近或相類似的礦區(qū)聚合在一起,其分析結(jié)果也是直觀易見的。在此結(jié)合平頂山市實(shí)際行政區(qū)劃以及礦山企業(yè)特征我們對鐵礦區(qū)劃分做一個調(diào)整使其理論與實(shí)際能夠結(jié)合的更緊密使其更好的指導(dǎo)實(shí)踐。 1.葉縣田莊鹽段、葉縣馬莊鹽礦段為一類,這一類屬于礦床規(guī)模相當(dāng),資源儲量接近,勘查開發(fā)階段接近,利用程度相當(dāng),故,可以分為一類。 2.葉縣婁莊鹽礦、葉縣五里堡鹽礦段為一類,這一類屬于勘查開發(fā)階段處于同一階段。 3.葉縣姚寨鹽礦為一類,這一類屬于儲量較高,鹽礦品位較高,故其勘察開采規(guī)劃有別于其它兩類。 總的說來,運(yùn)用聚類分析是基本成功的,大部分的分類是符合實(shí)際的。 綜合以上論述鹽礦區(qū)劃分如下表所示: 表3 平頂山市鹽礦資源開采規(guī)劃分區(qū)表 當(dāng)然聚類分析有其優(yōu)點(diǎn)也有其缺點(diǎn): (1)優(yōu)點(diǎn):聚類分析模型的優(yōu)點(diǎn)就是直觀,結(jié)論形式簡明。 (2)缺點(diǎn):在樣本量較大時,要獲得聚類結(jié)論有一定困難。由于相似系數(shù)是根據(jù)被試的反映來建立反映被試問內(nèi)在聯(lián)系的指標(biāo),而實(shí)踐中有時盡管從被試反映所得出的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)他們之間有緊密的關(guān)系,但事物之間卻無任何內(nèi)在聯(lián)系,此時,如果根據(jù)距離或相似系數(shù)得出聚類分析的結(jié)果,顯然是不適當(dāng)?shù)模?,聚類分析模型本身卻無法識別這類錯誤。 參考文獻(xiàn): [1]陳守煜,李亞偉.基于模糊迭代聚類的水資源分區(qū)研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2009,23(6): 849-851 [2]陳守煜.系統(tǒng)模糊決策理論與應(yīng)用[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,2004 [3]邊肇祺,張學(xué)工.模式識別[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000 [4]陳守煜.復(fù)雜水資源系統(tǒng)優(yōu)化模糊識別理論與應(yīng)用[M].長春:吉林大學(xué)出版社,2008 [5]奧勇.地學(xué)遙感信息系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境評價方法研究[J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,33(增):181-187 [6]劉秀花.基于GIS的模糊信息分配法在水環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005,19(1): 105-108.259 [7]葉楓.關(guān)于浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)資源經(jīng)濟(jì)區(qū)劃的探討[J].中國地質(zhì)礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì),2007,(05) [8]胡小平.礦產(chǎn)資源經(jīng)濟(jì)區(qū)劃的理論方法與實(shí)踐[J].中國地質(zhì)礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì),2008,(07)