萬(wàn)芯彤 蔡成娜

摘 要：基于熵和層次分析過(guò)程，我們對(duì)1960 - 2009年，亞利桑那州，加利福尼亞州，新墨西哥州和德克薩斯州的能源概況進(jìn)行了基于時(shí)間序列的縱向分析，并對(duì)各州進(jìn)行了橫向分析。ARIMA時(shí)間序列模型預(yù)測(cè)了2025年至2050年四個(gè)州的能源狀況，AHP建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的主觀(guān)評(píng)價(jià)，熵方法進(jìn)行了客觀(guān)分析，幫助我們制定了可再生清潔能源的未來(lái)發(fā)展目標(biāo)。我們的出發(fā)點(diǎn)是：能源，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境和諧共存。

關(guān)鍵詞：熵法；層次分析法；ARIMA預(yù)測(cè)

1.問(wèn)題描述

沿著美國(guó)與墨西哥的邊界，有四個(gè)州 - 加利福尼亞州（CA），亞利桑那州（AZ），新墨西哥州（NM）和德克薩斯州（德克薩斯州） - 希望形成一個(gè)現(xiàn)實(shí)的新能源緊湊型，專(zhuān)注于增加清潔劑、可再生能源的使用。這些州的四位州長(zhǎng)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和建模，以便為他們的州際能源契約制定一系列目標(biāo)。使用提供的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建能量分布建立一個(gè)模型來(lái)描述1960 - 2009年的能源狀況是如何演變而來(lái)的。分析和解釋模型的結(jié)果，以一種州長(zhǎng)容易理解的方式解決四個(gè)州對(duì)清潔，可再生能源的使用，并幫助他們理解四個(gè)州之間的相似性和差異。

2.具體問(wèn)題分析

利用處理過(guò)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)多年來(lái)各種能源的國(guó)家消費(fèi)情況，取平均值，并繪制數(shù)字。我們這樣做的原因是要了解各州在過(guò)去的時(shí)間框架內(nèi)對(duì)不同能源的總體使用情況。但僅僅了解總體情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此我們計(jì)劃在1960年至2009年的四個(gè)州使用可再生和不可再生能源的數(shù)據(jù)繪制折線(xiàn)圖。然后根據(jù)我們獲得的數(shù)據(jù)，我們將獲得四個(gè)州中每個(gè)州的相對(duì)詳細(xì)的能源概況。

我們首先計(jì)算1960年至2009年能源使用比較數(shù)據(jù)，然后繪制趨勢(shì)，以測(cè)試過(guò)去50年中能源概況的演變。但是根據(jù)趨勢(shì)圖看一般趨勢(shì)太主觀(guān)了。這不是我們想要的。我們更傾向于讓數(shù)據(jù)代表他們自己，因此我們需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)一個(gè)模型，用于科學(xué)地跟蹤四個(gè)州的能源使用變化。在建立模型之后，我們可以進(jìn)一步分析為什么能源使用曲線(xiàn)在一年中顯著波動(dòng)。通過(guò)引入一系列影響政策的因素，如礦產(chǎn)資源，地理，氣候，人口，交通，工業(yè)和國(guó)家政策，分析潛在的波動(dòng)原因。根據(jù)這一分析，可以進(jìn)一步分析過(guò)去50年來(lái)在所有州使用清潔和可再生能源的情況

3.模型

3.1問(wèn)題一

3.1.1模型的基礎(chǔ)

利用數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計(jì)多年來(lái)各種能源的國(guó)家消費(fèi)，平均值，并繪制數(shù)字。我們這樣做的原因是要了解各州在過(guò)去的時(shí)間框架內(nèi)對(duì)不同能源的總體使用情況。但僅僅了解總體情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此我們計(jì)劃在1960年至2009年的四個(gè)州使用可再生和不可再生能源的數(shù)據(jù)繪制折線(xiàn)圖。然后根據(jù)我們獲得的數(shù)據(jù)，我們將獲得四個(gè)州中每個(gè)州的相對(duì)詳細(xì)的能源概況。

3.1.2模型建立

步驟1：利用數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計(jì)多年來(lái)各種能源的國(guó)家消費(fèi)，平均值，并繪制數(shù)字。

步驟2：使用1960 - 2009年四個(gè)州使用可再生和不可再生能源的數(shù)據(jù)繪制折線(xiàn)圖。

步驟3：根據(jù)我們得到的數(shù)據(jù)，我們將獲得四個(gè)州中每個(gè)州的相對(duì)詳細(xì)的能源概況。

3.1.3.分析結(jié)果

a.能源產(chǎn)量最高的是德克薩斯州，最低的是新墨西哥州。加州和亞利桑那州排名第二和第三，但差距很大。

b.新墨西哥州和亞利桑那州的總體能源使用數(shù)據(jù)保持相對(duì)穩(wěn)定，多年來(lái)德克薩斯州和加利福尼亞州的變化更為明顯。

c.2006年之前，所有四個(gè)州的不可再生能源使用呈上升趨勢(shì)，但2006年以后，加利福尼亞州和德克薩斯州呈下降趨勢(shì)。

d.在過(guò)去的50年里，盡管經(jīng)常出現(xiàn)頻繁波動(dòng)，但可再生清潔能源的使用情況，但總體呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。加利福尼亞州對(duì)可再生能源的使用在2008年迅速增長(zhǎng)。

3.2問(wèn)題二

3.2.1模型建立

步驟1：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。我們使用的方法是閾值方法：如果原始i人的j索引是xij，則x'ij被標(biāo)準(zhǔn)化。

步驟2：計(jì)算每個(gè)州每年能源使用的信息熵。

步驟3：確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。指標(biāo)的信息效用值取決于指標(biāo)的信息熵與1之間的差異，其值直接影響權(quán)重的大小。信息的效用值越大，評(píng)估的重要性越大，權(quán)重越大。

3.2.2.分析結(jié)果

a.1988年，亞利桑那州，加利福尼亞州和新墨西哥州都開(kāi)始使用光伏和太陽(yáng)能，并且所有四個(gè)州都將大部分可再生能源用于木材和廢料。

b.在過(guò)去的50年里，四個(gè)州最常用的是木材和廢料。

c.加利福尼亞州和新墨西哥州的地?zé)崮茉词褂帽绕渌麅蓚€(gè)州更為明顯，但加利福尼亞州的地?zé)崮芾寐拭黠@高于新墨西哥州

d.與其他州相比，在德克薩斯州使用石油和天然氣是令人信服的。石油和天然氣目前仍是德克薩斯州的主要產(chǎn)業(yè)，但它們?cè)诮?jīng)濟(jì)中的份額已經(jīng)下降。

e.由于人口少且擁有核電基礎(chǔ)，新墨西哥州很有可能在未來(lái)發(fā)展核電

f.雖然每個(gè)州的能源使用情況偶爾波動(dòng)，但整體趨勢(shì)繼續(xù)逐年穩(wěn)步長(zhǎng)。但相對(duì)于新墨西哥州和德克薩斯州，亞利桑那州和加利福尼亞州能源使用增長(zhǎng)的穩(wěn)定性更為強(qiáng)勁。

4.錯(cuò)誤分析

當(dāng)使用層次分析法對(duì)模型2中的最佳情況進(jìn)行建模時(shí)，由于對(duì)清潔能源的經(jīng)濟(jì)，社會(huì)和環(huán)境影響尚不清楚，這些指標(biāo)對(duì)可再生能源的影響只能通過(guò)目標(biāo)假設(shè)來(lái)判斷。該方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 會(huì)有一些錯(cuò)誤，這個(gè)錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

5.優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)

5.1優(yōu)勢(shì)

在分析數(shù)據(jù)時(shí)，我們使用熵方法讓數(shù)據(jù)說(shuō)明一切。我們使用AHP來(lái)制定指標(biāo)評(píng)估，使決策更加合理。

5.2缺點(diǎn)

在該模型中，沒(méi)有關(guān)于各個(gè)國(guó)家部門(mén)的能源消耗的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也沒(méi)有關(guān)于每個(gè)國(guó)家的能源進(jìn)出口數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此該模型存在一些缺陷。

6.改進(jìn)

我們只計(jì)算每個(gè)能源指標(biāo)對(duì)可再生能源影響的權(quán)重，并沒(méi)有考慮環(huán)境因素，經(jīng)濟(jì)因素對(duì)能源演變的影響，在修改模型中，我們可以考慮經(jīng)濟(jì)，環(huán)境，社會(huì)等因素，建立一個(gè)更完整的模型。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家能源數(shù)據(jù)系統(tǒng)（SEDS）到2009年全部數(shù)據(jù)集

[2] 潛在的能源成本：能源生產(chǎn)和使用的未定價(jià)后果發(fā)布日期：2009年10月19日Dan Greenbaum健康影響研究所的演講MIT-NESCAUM Endicott House Symposium 2010年8月25日。

作者簡(jiǎn)介

萬(wàn)芯彤，1997.04 女 漢族 河南省信陽(yáng)市 河南省開(kāi)封市河南大學(xué)軟件學(xué)院互聯(lián)網(wǎng)金融方向2015級(jí)本科生在讀，通訊作者：蔡成娜。

（作者單位：河南大學(xué)軟件學(xué)院）