基于主成分聚類分析的農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)

劉子昂++高彥平++劉新亮+王雯

摘要：科學(xué)認(rèn)識(shí)我國(guó)不同區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品物流水平是發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品物流的關(guān)鍵問(wèn)題。但影響農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)的指標(biāo)較多，各種指標(biāo)之間也存在著相關(guān)關(guān)系。為了解決這一問(wèn)題，首先建立了農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)體系，利用主成分分析的方法，對(duì)2011年全國(guó)31個(gè)省市農(nóng)產(chǎn)品物流的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定了2個(gè)主成分；并進(jìn)一步采用聚類分析的方法將31個(gè)省市的農(nóng)產(chǎn)品物流水平分為5類，對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行分析；最后在此基礎(chǔ)上對(duì)各類地區(qū)提出了農(nóng)產(chǎn)品物流的規(guī)劃建議。結(jié)果表明，主成分聚類分析可以有效解決評(píng)價(jià)指標(biāo)較多和指標(biāo)相關(guān)性較強(qiáng)的問(wèn)題，利用這種分析方法研究農(nóng)產(chǎn)品物流，所得聚類結(jié)果更加客觀，能夠較好地體現(xiàn)各類地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品物流的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品物流；主成分分析；聚類分析

中圖分類號(hào)： F252文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）12-0553-03

收稿日期：2015-12-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：61203150）。

作者簡(jiǎn)介：劉子昂（1993—），男，北京人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣?yīng)鏈管理。E-mail：zane.liu@outlook.com。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2003年我國(guó)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為12 870.11億元，并且逐年攀升，到2014年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到了54 771.55億元。中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展迅速，因此高效開(kāi)拓農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)、減少物流成本、提高農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力就成為了農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要問(wèn)題，而發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品物流正是解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵[1]。雖然我國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品物流已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品物流和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。

目前，我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品物流存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在兩方面：一方面是農(nóng)產(chǎn)品物流技術(shù)上的問(wèn)題，農(nóng)產(chǎn)品由于其自身特性，所以相對(duì)于其他產(chǎn)品的物流有其獨(dú)特的要求，例如生鮮農(nóng)產(chǎn)品具有保質(zhì)期短、容易腐爛變質(zhì)的特點(diǎn)，因此要求在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中保持低溫。出于成本考慮，我國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品多采用常溫物流的方式，這就使得生鮮農(nóng)產(chǎn)品在物流過(guò)程中出現(xiàn)極大的損耗。另一方面是因?yàn)槲覈?guó)地域遼闊，而農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)受環(huán)境制約的影響，不同地區(qū)的地質(zhì)氣候不同，產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品種類也就不同。另外由于城市的定位不一樣，不同城市的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量也有很大差異。這種差異也為農(nóng)產(chǎn)品物流造成了一定的難度。

因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)我國(guó)不同區(qū)域的農(nóng)產(chǎn)品物流特點(diǎn)，將具有相似特點(diǎn)的地區(qū)進(jìn)行聚類，并根據(jù)不同類別進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃是發(fā)展我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品物流的關(guān)鍵。評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品物流，首先需要建立農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)體系，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有許多學(xué)者關(guān)注物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究，如：金芳芳等從基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)效率、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、信息化水平和物流支持產(chǎn)業(yè)6個(gè)方面選取指標(biāo)，對(duì)“長(zhǎng)三角”16個(gè)城市的物流競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)并聚類[2]；李玉民等從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生產(chǎn)消費(fèi)流通、交通運(yùn)輸、人力資源、信息發(fā)展水平、宏觀環(huán)境等幾個(gè)方面構(gòu)建了區(qū)域物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[3]；趙英霞在論述了農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則的基礎(chǔ)上，從農(nóng)產(chǎn)品物流發(fā)展外部環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品物流內(nèi)部流程和農(nóng)產(chǎn)品物流總體效益3方面構(gòu)建了中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4]。一些學(xué)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物流的評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行了研究，如：王程等利用層次分析法對(duì)西部地區(qū)生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)結(jié)果和供需失衡程度為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行聚類[5]；曹炳汝等運(yùn)用因子聚類分析方法對(duì)“長(zhǎng)三角”16市進(jìn)行分析研究，并確定了區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品物流樞紐城市布局[6]；楊蕾等利用平衡記分卡構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品物流能力指標(biāo)體系模型，將模糊數(shù)學(xué)（Fuzzy）和層次分析法（AHP）的方法相結(jié)合對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物流能力進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]；王道平等運(yùn)用 K-Means聚類分析方法對(duì)我國(guó)各?。ㄊ?、區(qū)）農(nóng)產(chǎn)品物流模式進(jìn)行分類[8]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者從很多方面建立農(nóng)產(chǎn)品物流的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并且采用各種方法對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，但運(yùn)用主成分分析和聚類分析的方法，對(duì)我國(guó)各?。ㄊ小^(qū)）農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究并不多。本研究以我國(guó)區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品物流作為研究對(duì)象，對(duì)各個(gè)?。ㄊ小^(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流進(jìn)行評(píng)價(jià)、聚類，科學(xué)認(rèn)識(shí)每個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平，明確各個(gè)?。ㄊ小^(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流特點(diǎn)并做出合理規(guī)劃，最后有效提高農(nóng)產(chǎn)品物流水平。

1農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

雖然目前還沒(méi)有形成完全統(tǒng)一的物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，但構(gòu)建的物流體系中基本都會(huì)包括物流基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、信息化水平、人力資源水平等幾個(gè)方面。

本研究在借鑒國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的物流水平評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，綜合考慮農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、消費(fèi)能力，提出了農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這個(gè)評(píng)價(jià)體系包括12個(gè)指標(biāo)，分別從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力、農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)能力、物流水平、信息化程度和物流人力資源水平等方面反映了各個(gè)省（市、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平（表1）。（1）農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力是指農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工的能力。沒(méi)有農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工，就沒(méi)有農(nóng)產(chǎn)品物流，可以說(shuō)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力是農(nóng)產(chǎn)品物流的基礎(chǔ)，其中包括2個(gè)指標(biāo)，[JP2]分別是農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和機(jī)械初加工農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量。（2）農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)能力。農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)能力反映了一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平和消費(fèi)能力，包括3個(gè)指標(biāo)，分別是GDP、社會(huì)消費(fèi)品零售總額和年末人口數(shù)。（3）物流水平。其中包括貨運(yùn)量、鐵路里程和公路里程，貨運(yùn)量反映了物流運(yùn)輸成果，鐵路和公路建設(shè)體現(xiàn)了一個(gè)地區(qū)的物流基礎(chǔ)設(shè)施水平。這些指標(biāo)綜合體現(xiàn)了物流水平。（4）信息化程度。隨著物流的現(xiàn)代化，信息化程度也是影響物流能力的重要指標(biāo)，包括郵電業(yè)務(wù)總量、固定電話用戶數(shù)和互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)人數(shù)。（5）物流人力資源水平。人力資源是影響物流水平的重要因素，包括交通運(yùn)輸就業(yè)人員數(shù)。

2農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)方法

本研究選取了12個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)31個(gè)省（市、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平，如果直接分析這些數(shù)據(jù)的話，會(huì)出現(xiàn)2個(gè)問(wèn)題：第一，數(shù)據(jù)量大給物流水平的評(píng)價(jià)造成了一定的難度；第二，各個(gè)指標(biāo)之間存在相關(guān)性問(wèn)題，指標(biāo)信息的相關(guān)會(huì)使統(tǒng)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)偏差[9]。運(yùn)用主成分分析的方法可以降低變量維度，同時(shí)也能保證信息不會(huì)大量丟失。提取出的主成分個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于原有指標(biāo)的個(gè)數(shù)，并且有一定的命名解釋性，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、聚類。因此可以采用主成分分析的方法對(duì)各個(gè)省（市、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流進(jìn)行評(píng)價(jià)。

主成分分析的求解步驟如下：

（1）對(duì)原有變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于原始數(shù)據(jù)量綱不同，標(biāo)準(zhǔn)化處理可以消除這種不同對(duì)結(jié)果的影響，用式（1）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

[JZ（][WTHX][STHX]Zij=[SX（]（xij-uj）σj[SX）]。[JZ）][JY]（1）

得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣記為[WTHX][STHX]Z，xij是第i個(gè)城市第j個(gè)指標(biāo)的原始值，uj是第j個(gè)指標(biāo)的均值，σj是第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。

（2）計(jì)算簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)矩陣R。（3）提取主成分。求解特征方程，計(jì)算得到R的特征值和特征向量。根據(jù)特征值或累計(jì)方差貢獻(xiàn)率確定因子數(shù)。（4）因子的命名。用正交旋轉(zhuǎn)中的方差極大法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，方便對(duì)主成分命名。（5）計(jì)算主成分得分。

聚類分析就是從數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征和親疏程度進(jìn)行分類，這種分類是不需要有先驗(yàn)知識(shí)的。具有相似數(shù)據(jù)的個(gè)體聚為一類，數(shù)據(jù)差異較大的個(gè)體分到不同的類。聚類分析要求所選擇的變量之間不能存在較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系，主成分分析得到的主成分之間沒(méi)有線性相關(guān)性，主成分能夠反映原有數(shù)據(jù)的大部分信息，所以可以利用前面得到的主成分對(duì)各地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行聚類分析。

[JP2]本研究采用K-Means聚類分析對(duì)各個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行聚類。K-Means聚類分析首先要自行確定聚類數(shù)目k，然后根據(jù)具體數(shù)據(jù)選擇k個(gè)合適的樣本作為初始類中心點(diǎn)，并計(jì)算每個(gè)樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)到類中心點(diǎn)的歐氏距離

[JZ（]EUCLID（x，y）=[KF（]∑[DD（]ki=1[DD）]（xi-yi）2[KF）]。[JZ）][JY]（2）

根據(jù)所得到的歐氏距離和類中心點(diǎn)距離最短原則將樣本分為k類，重新計(jì)算所有數(shù)據(jù)的均值，將其作為類中心點(diǎn)，反復(fù)迭代最終得到滿足要求的我國(guó)各個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）農(nóng)產(chǎn)品物流水平的聚類結(jié)果，分析各類區(qū)域的主成分得分和綜合得分，并根據(jù)最終類中心點(diǎn)情況和原始數(shù)據(jù)，對(duì)各類的農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3實(shí)證分析

3.1數(shù)據(jù)來(lái)源

選取了2011年全國(guó)31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的12個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，其中機(jī)械初加工農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量來(lái)自于2012年《中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)年鑒》，其他數(shù)據(jù)均來(lái)自于2012年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3.2主成分分析

3.2.1主成分分析的前提條件主成分分析是為了將原有的多個(gè)變量綜合成主成分，主成分個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于原有變量個(gè)數(shù)，因而主成分分析要求選取的變量間存在較高的相關(guān)關(guān)系。本研究利用巴特利特球度檢驗(yàn)和KMO檢驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，巴特利特球度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的觀測(cè)值為652.337，相應(yīng)的P值接近0，如果顯著性水平為0.05，則應(yīng)拒絕原假設(shè)，認(rèn)為變量間存在相關(guān)關(guān)系。KMO值為0.798，所以原有變量適合進(jìn)行主成分分析。另外，由于數(shù)據(jù)中存在少量缺失值，采用均值替換的方法進(jìn)行處理。

3.2.2提取主成分及主成分命名利用主成分分析法，根據(jù)分析，提取2個(gè)特征值時(shí)，所有變量的共同度較高。由表2可以看出，所提取的2個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為 87.111%，說(shuō)明這2個(gè)主成分解釋了原有變量總方差的 87.111%，原有變量信息丟失較少，所以提取這2個(gè)特征值。

3.3聚類分析

運(yùn)用K-Means聚類分析的方法對(duì)31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平進(jìn)行聚類，將前面主成分分析得到的2個(gè)主成分的得分作為分類變量，指定聚類數(shù)為5，分類結(jié)果見(jiàn)表5。

第1類包括廣東、江蘇?？傮w來(lái)看，這2個(gè)?。ㄊ小^(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平較高，從農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和加工農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量來(lái)看，這2個(gè)地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工能力都較好。另外這2個(gè)地區(qū)的消費(fèi)水平高，信息化程度高，物流基礎(chǔ)較好。所以這類地區(qū)應(yīng)該均衡發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品物流，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品物流水平的綜合提升。同時(shí)，提高對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物流設(shè)備的投入也十分重要，廣東和江蘇可以進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品物流現(xiàn)代化水平，如帶頭使用低溫冷藏設(shè)備，降低農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中的損耗率。

第2類包括浙江、北京、上海。由數(shù)據(jù)可知，這類地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工能力低，但社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平很高，農(nóng)產(chǎn)品需求量大。這類地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品主要依靠其他地區(qū)的供給。因此，要發(fā)展該類地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品物流，應(yīng)發(fā)揮區(qū)域物流優(yōu)勢(shì)，提高農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸能力，加強(qiáng)建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)。另外，由于該地區(qū)的購(gòu)買能力較高，人們對(duì)于新型購(gòu)物方式比較容易接受，因此可以發(fā)展網(wǎng)上購(gòu)買農(nóng)產(chǎn)品方式，提高農(nóng)產(chǎn)品銷量。

第3類包括福建、青海、寧夏、海南、天津、西藏、甘肅、重慶。這類地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品物流水平不高，由數(shù)據(jù)可知，這些地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工水平較低、物流基礎(chǔ)建設(shè)水平不高，物流從業(yè)人員很少。所以，應(yīng)著重發(fā)展該地區(qū)的物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高運(yùn)輸能力，培養(yǎng)、引進(jìn)物流專業(yè)人才。

第4類包括安徽、湖北、陜西、云南、江西、新疆、廣西、陜西、吉林、貴州、遼寧、內(nèi)蒙古、黑龍江。這類地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品物流有進(jìn)一步提升的空間，由數(shù)據(jù)可知，該類地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力、物流能力等都居于中等水平，可以結(jié)合各個(gè)地區(qū)地質(zhì)、氣候的特點(diǎn)，進(jìn)一步發(fā)展具有地區(qū)特色的農(nóng)產(chǎn)品物流。

[JP2]第5類包括河南、四川、湖南、河北、山東。這些地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工能力遠(yuǎn)超其他地區(qū)，人口眾多，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的需求也很大。該類地區(qū)應(yīng)該是中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要地區(qū)，在滿足本地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上、也要為其他地區(qū)輸送農(nóng)產(chǎn)品。因此這是發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品物流的重點(diǎn)地區(qū)。對(duì)這類地區(qū)而言，政府需要提高農(nóng)產(chǎn)品物流設(shè)施的投入，確保農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸通暢。

4結(jié)論

本研究運(yùn)用主成分分析和聚類分析的方法，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物流的評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行了研究。首先建立了農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，針對(duì)各個(gè)指標(biāo)間存在相互關(guān)系的問(wèn)題，運(yùn)用主成分分析法提取了主成分，并且得到農(nóng)產(chǎn)品物流水平的主成分得分和綜合得分。在主成分分析的基礎(chǔ)上，利用聚類分析進(jìn)行聚類。通過(guò)分析我國(guó)31個(gè)省（市、區(qū)）的農(nóng)產(chǎn)品物流水平，將31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）聚為5類，分類結(jié)果說(shuō)明這種方法具有一定的可行性和有效性。

評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品物流的指標(biāo)多種多樣，本研究只是選取了其中12個(gè)指標(biāo)，在此之外，還有許多其他指標(biāo)可以分析。例如，

政治、文化、地理環(huán)境等方面，也會(huì)影響到一個(gè)地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品物流水平，可以采用調(diào)查問(wèn)卷和專家打分的方法收集這類數(shù)據(jù)。所以，在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步完善農(nóng)產(chǎn)品物流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

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