陳 康 韓俊英

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 甘肅蘭州 730070）

通信與信息技術(shù)地發(fā)展對(duì)各行各業(yè)都有巨大的影響，對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)同樣具有深遠(yuǎn)的影響，難以量化是農(nóng)業(yè)信息化行業(yè)發(fā)展進(jìn)程一直面臨的難題，因此，深入研究并建立農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展水平的評(píng)價(jià)方法與體系指標(biāo)，有利于深入挖掘農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)撛谝?guī)律，深入理解跨越式發(fā)展思路，制定切實(shí)可行的發(fā)展戰(zhàn)略[1]。本研究是以陜西省農(nóng)業(yè)信息化水平為核心對(duì)象，運(yùn)用基于主成分分析法（PCA）對(duì)其農(nóng)業(yè)信息化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。PCA是統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)中的一種重要方法，是通過(guò)篩選、簡(jiǎn)化特征指標(biāo)體系，降低數(shù)據(jù)維度以利于存儲(chǔ)，并通過(guò)直觀觀察數(shù)據(jù)變化得出目標(biāo)結(jié)果影響程度的一種方法[2]。本研究最后將通過(guò)主成分分析得出結(jié)果，即主成分進(jìn)行可視化分析，直觀且有效地得出陜西省農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)。

1 指標(biāo)篩選模型的建立

1.1 農(nóng)業(yè)信息化水平指標(biāo)體系

分析總結(jié)農(nóng)業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)研究指標(biāo)體系的建設(shè)應(yīng)遵循全面性、可操作性、導(dǎo)向性、科學(xué)性、實(shí)用性原則 。農(nóng)業(yè)信息化的研究是一項(xiàng)惠民政策，指標(biāo)的選擇應(yīng)方便各級(jí)執(zhí)行部門執(zhí)行[3]。

1.2 指標(biāo)篩選模型的建立

農(nóng)業(yè)信息化水平指標(biāo)的篩選過(guò)程主要由3個(gè)因素構(gòu)成：①指標(biāo)海選：該篩選過(guò)程主要是結(jié)合信息化水平的導(dǎo)向性、科學(xué)性、典型性以及可操作性等評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指標(biāo)海選，最終給出農(nóng)業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)體系的參考范圍[4]；②指標(biāo)初選，考慮指數(shù)較多，使用不夠方便，在海選得到的42個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行初篩；③指標(biāo)定量篩選，主要是構(gòu)建關(guān)系矩陣與入選標(biāo)準(zhǔn)度矩陣，實(shí)現(xiàn)篩選模型的目標(biāo)函數(shù)。農(nóng)業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)體系可被劃分為農(nóng)業(yè)信息化的基礎(chǔ)、農(nóng)業(yè)信息化的應(yīng)用以及農(nóng)業(yè)信息化的效益等3個(gè)層次，在此將其設(shè)置為一級(jí)指標(biāo)，按每一層的任務(wù)分也可分為目標(biāo)層、準(zhǔn)備層以及方案層等，層次劃分即各層要素見圖1。

根據(jù)上述引用的農(nóng)業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)體系，收集了2013～2017年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以此為基礎(chǔ)分析農(nóng)業(yè)信息化水平中的11個(gè)具體指標(biāo)，見表1。

2 農(nóng)業(yè)信息化評(píng)價(jià)研究

2.1 基于PCA的農(nóng)業(yè)信息化評(píng)價(jià)研究

2.1.1 主成分分析法原理

主成分分析（Principal Component Analysis），是應(yīng)用非常廣泛的降維方法之一。其數(shù)學(xué)模型為：

式（1） 中：a1i,a2i, … ,ani(i= 1,2,… ,m)為X的協(xié)方差陣∑的相應(yīng)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，對(duì)實(shí)際變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理進(jìn)而計(jì)算得出ZX1,ZX2,…ZXP，本操作的主要目的是為了消除各個(gè)指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中的指標(biāo)的量綱問(wèn)題。

表1 2013～2017年陜西省農(nóng)業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

2.1.2 原始數(shù)據(jù)及對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是研究農(nóng)業(yè)信息化程度的重要步驟。對(duì)實(shí)際收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)分析至關(guān)重要。本研究以陜西省2013～2017年農(nóng)業(yè)信息化水平為研究對(duì)象，分析采集得到的農(nóng)業(yè)信息化的各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)農(nóng)業(yè)信息化水平進(jìn)行評(píng)價(jià)可視化分析。

上述矩陣為按照年份劃分的樣本，對(duì)于上述數(shù)據(jù)的要求是行數(shù)為觀測(cè)樣本，列數(shù)為需要計(jì)算的不同的主成分。對(duì)上述歸一化的數(shù)據(jù)計(jì)算其主成分中的coefficient的值，見表3。

對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣表示，對(duì)其進(jìn)行PCA分析，得到4組評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，見表4。從計(jì)算得出的特征值與貢獻(xiàn)率可知，前4個(gè)特征值涵蓋了所有信息，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：

表2 陜西省農(nóng)業(yè)信息現(xiàn)代化指標(biāo)歸一化數(shù)據(jù)（無(wú)量綱）

表3 各樣本的coefficient為11個(gè)主成分的矩陣系數(shù)

各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后不僅消除了各成分所帶單位量綱的影響，而且更有利于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。利用歸一化后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)構(gòu)成的矩陣計(jì)算特征值及其所對(duì)應(yīng)的特征向量，得到各主成分所對(duì)應(yīng)得分，再結(jié)合各個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率情況，得出由第一主成分以及第二主成分構(gòu)成的表達(dá)式，考慮到這2個(gè)主成分已經(jīng)可以涵蓋農(nóng)業(yè)現(xiàn)代水平評(píng)估效果的96%以上的信息，用第一主成分與第二主成分評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的情況，主成分表達(dá)式見式（3）。

經(jīng)計(jì)算第一、二主成分的貢獻(xiàn)率之和為96.6%，已經(jīng)超過(guò)95%，因此，利用第一、二主成分表示綜合數(shù)據(jù)模型。用2個(gè)主成分的特征值計(jì)算得到貢獻(xiàn)率的權(quán)重表示綜合評(píng)估模型的系數(shù)，表示為式（4）。

依據(jù)前2個(gè)主成分得分得出其實(shí)際意義，可知各個(gè)年份的農(nóng)業(yè)信息化水平受第一主成分與第二主成分的影響不同。

2.2 基于PCA的農(nóng)業(yè)信息可視化研究分析

由上文可知主要影響農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的成分是y1與y2，更直觀的分析出農(nóng)業(yè)信息化影響的因素，主要影響農(nóng)業(yè)信息化的因素見表5。

表5 簡(jiǎn)化后數(shù)據(jù)

由上述2個(gè)主成分可以得出農(nóng)業(yè)信息化的程度呈上升趨勢(shì)，其中虛線部分是第一主成分和第二主成分共同作用線的農(nóng)業(yè)信息化變化趨勢(shì)，因此，更直觀的得出陜西省農(nóng)業(yè)信息化的變化情況，將農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展程度更進(jìn)一步的可視化，更體現(xiàn)出了本研究的重要性，直觀的表示了農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展情況，見圖2。

3 結(jié)論

本成果是在以往學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，深入分析了具體省份的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，以全面的角度、可操控與科學(xué)性的前提、實(shí)用性的宗旨為原則，搭建了可以衡量陜西省農(nóng)業(yè)信息現(xiàn)代化的發(fā)展水平指標(biāo)體系。