基于主成分分析的大學(xué)生體質(zhì)健康影響因素研究

許金富，林 瑜

（1.福建江夏學(xué)院 公共體育部，福建 福州 350108；2.福建體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院 體育保健系，福建 福州 350003）

基于主成分分析的大學(xué)生體質(zhì)健康影響因素研究

許金富1，林 瑜2

（1.福建江夏學(xué)院 公共體育部，福建 福州 350108；2.福建體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院 體育保健系，福建 福州 350003）

采用測(cè)試法、主成分分析法對(duì)福建省漢族大學(xué)生體質(zhì)測(cè)試的19個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，確定影響福建省漢族大學(xué)生體質(zhì)健康水平的重要因素以及權(quán)重。通過(guò)實(shí)證分析，將19指標(biāo)變量簡(jiǎn)化為四個(gè)主成分，分別為身體素質(zhì)因子、發(fā)育形態(tài)因子、生理機(jī)能因子和柔韌耐力因子，并建立相應(yīng)函數(shù)表達(dá)式。

體質(zhì)健康；大學(xué)生；主成分分析；福建省

中共中央國(guó)務(wù)院[2007]7號(hào)文件發(fā)布的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)青少年體育增強(qiáng)青少年體質(zhì)的意見》中指出，青少年的體質(zhì)健康不僅關(guān)系到個(gè)人健康成長(zhǎng)，且關(guān)系到整個(gè)民族的健康素質(zhì)，關(guān)系祖國(guó)人才培養(yǎng)的質(zhì)量[1]。繼2010年第三次國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)后，2014年第四次國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)調(diào)研結(jié)果中再次指出大學(xué)生身體素質(zhì)繼續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這樣的結(jié)果，促進(jìn)了學(xué)者對(duì)導(dǎo)致大學(xué)生體質(zhì)健康下降影響因素的研究日益深入。主成分分析可以簡(jiǎn)化相關(guān)指標(biāo)體系，用少數(shù)的幾個(gè)彼此不相關(guān)的綜合性指標(biāo)（因子）來(lái)描述許多指標(biāo)或因素之間的聯(lián)系，以較少幾個(gè)因子反映原資料的大部分信息的綜合判定多元統(tǒng)計(jì)分析方法[2]。近年來(lái)，主成分分析法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[3]，體育領(lǐng)域尚屬雛形階段，在研究體質(zhì)健康方向更是屈指可數(shù)。本文嘗試采用主成分分析法對(duì)2014年第四次國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)中福建省漢族大學(xué)生的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，旨在通過(guò)實(shí)證探討影響福建漢族大學(xué)生體質(zhì)健康的因子，對(duì)評(píng)價(jià)體質(zhì)健康的眾多指標(biāo)進(jìn)行降維歸納，消除變量間的信息重疊，并對(duì)遏制大學(xué)生體質(zhì)健康持續(xù)下降、促進(jìn)大學(xué)生體質(zhì)健康提供科學(xué)參考。

1 研究對(duì)象、方法及指標(biāo)選取

1.1 研究對(duì)象

依據(jù)《2014年福建省學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研實(shí)施方案》，選取福建師范大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、福州大學(xué)、福建醫(yī)科大學(xué)4所高校，19～22歲共4個(gè)年齡組的城市男生、城市女生、鄉(xiāng)村男生、鄉(xiāng)村女生各25名，共計(jì)1600名身體情況良好的福建省漢族大學(xué)生為調(diào)查對(duì)象，1600名調(diào)查對(duì)象體質(zhì)健康測(cè)試的19個(gè)指標(biāo)：身高、體重、坐高、胸圍、腰圍、臀圍、脈搏、收縮壓、舒張壓、上臂部皮脂厚度、肩胛部皮脂厚度、腹部皮脂厚度、肺活量、50m跑、坐位體前屈、立定跳遠(yuǎn)、握力、引體向上（男）、仰臥起坐（女）、1 000 m 跑（男）、800 m跑（女）為本文的研究對(duì)象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法

通過(guò)查閱CNKI、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、維普數(shù)據(jù)庫(kù)等，檢索與體質(zhì)健康、主成分分析相關(guān)文獻(xiàn)，參閱《2010年福建省漢族學(xué)生體質(zhì)與健康研究》《2014年福建省漢族學(xué)生體質(zhì)與健康研究》，為本研究提供理論支撐。

1.2.2 測(cè)試法

2014年10月對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行體質(zhì)與健康檢測(cè)，測(cè)試項(xiàng)目包括：身高、體重、坐高、胸圍、腰圍、臀圍、脈搏、收縮壓、舒張壓、上臂部皮脂厚度、肩胛部皮脂厚度、腹部皮脂厚度、肺活量、50m跑、坐位體前屈、立定跳遠(yuǎn)、握力、引體向上（男）、仰臥起坐（女）、1 000m 跑（男）、800m 跑（女）、內(nèi)科檢查（心、肝、皮膚等常項(xiàng)，以確定能否參加測(cè)試）。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

測(cè)試數(shù)據(jù)錄入Excel，用SPSS21.0軟件對(duì)所測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，采用方差極大值正交旋轉(zhuǎn)，得到主成分和特征值，提取影響福建省漢族大學(xué)生體質(zhì)健康的主要因子。

1.3 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

主成分分析的一般模型為：

在式（1）中，Xn為原始變量，F(xiàn)m為提取的主成分，Imn為第n個(gè)原始變量在第m個(gè)因子上的載荷，即反映變量Xn依賴Fm的程度，若因子載荷越大，說(shuō)明該原始變量對(duì)主成分越重要，F(xiàn)為主成分綜合等分。

本研究中原始變量為身高X1、體重X2、坐高X3、胸圍 X4、腰圍 X5、臀圍 X6、脈搏 X7、收縮壓 X8、舒張壓X9、上臂部皮脂厚度X10、肩胛部皮脂厚度X11、腹部皮脂厚度 X12、肺活量 X13、50 m 跑 X14、坐位體前屈 X15、立定跳遠(yuǎn)X16、握力X17、引體向上（男）仰臥起坐（女）X18、1 000m 跑（男）800m 跑（女）X19等共計(jì) 19 項(xiàng)。

2 福建省漢族大學(xué)生體質(zhì)健康影響因素實(shí)證分析

2.1 KMO檢驗(yàn)、Bartlett球形檢驗(yàn)

主成分分析是從多個(gè)原始變量中，將相關(guān)關(guān)系較強(qiáng)的變量進(jìn)行歸納，得到少數(shù)具有代表意義的因子變量。若原始變量間的關(guān)聯(lián)度較低，則無(wú)法從中提取公共因子變量[2]。因此，進(jìn)行主成分分析前，需要先進(jìn)行KMO檢驗(yàn)、Bartlett球形檢驗(yàn)，判斷是否適合做主成分分析。當(dāng)KMO值越接近1，則變量間的偏相關(guān)性越強(qiáng)，分析效果越好[4]。KMO值在0.7以上，分析結(jié)果可以接受，大于0.9時(shí)，分析效果最佳[5]。由表1可知，本研究KMO值為0.907，說(shuō)明分析結(jié)果較理想，且Bartlett球形檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的Sig.＜0.01，因此拒絕相關(guān)矩陣為單位陣的零假設(shè)，即各變量將存在顯著的相關(guān)性。綜上所述，本研究選取的變量十分適合進(jìn)行主成分分析

表1 KMO和Bartlett的檢驗(yàn)Table 1 Inspection of KMO and Bartlett

2.2 公因子提取及旋轉(zhuǎn)分析

表2所示為公因子方差，表示公因子對(duì)原始變量信息的提取程度，從表2可知，19個(gè)變量的信息提取程度基本在60%以上。因此，可以認(rèn)為提取的公因子能較好的解釋各原始變量。

表2 公因子方差Table 2 Common factor variance

碎石圖在主成分分析中，用于顯示各因子的重要程度，其橫軸為因子序號(hào)，縱軸表示特征根的大小[5]。本研究按照特征根大于1的默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)提取公因子，如圖1所示，前4個(gè)因子的散點(diǎn)位于陡坡上，且特征值大于1，剩余15個(gè)因子散點(diǎn)形成平臺(tái)，所以由碎石圖得出本研究應(yīng)考慮前四個(gè)公因子。

圖1 碎石圖Figure 1 Gravel figure

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)抽取主成分，最大方差法旋轉(zhuǎn)，得到表3數(shù)據(jù)。由初始特征值可知，特征值大于1的因子有4個(gè)，其余初始特征值小于1的因子，可以忽略不計(jì)。表3中，方差累積貢獻(xiàn)率為72.305%，說(shuō)明提取的4個(gè)主成分能較好的反應(yīng)原始變量中19個(gè)指標(biāo)的大部分信息。在后期的研究中，可以將19個(gè)指標(biāo)用4個(gè)主成分代替，進(jìn)行研究。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)抽取主成分，最大方差法旋轉(zhuǎn)，得到表3數(shù)據(jù)。由初始特征值可知，特征值大于1的因子有4個(gè)，其余初始特征值小于1的因子，可以忽略不計(jì)。表3中，四個(gè)主成分方差累積貢獻(xiàn)率為72.305%，說(shuō)明提取的4個(gè)主成分能較好的反映原始變量中19個(gè)指標(biāo)的大部分信息。在后期的研究中，可以將19個(gè)指標(biāo)用4個(gè)主成分代替，進(jìn)行研究。

表3 解釋的總方差Table 3 The total variance of the interpretation

從表4旋轉(zhuǎn)成分矩陣可以看出各指標(biāo)在4個(gè)主成分中的因子載荷。載荷系數(shù)越高且絕對(duì)值越接近1，說(shuō)明該公共因子包含該變量的信息量越大，因子與原始變量之間的關(guān)系越密切，該指標(biāo)歸屬于該公共因子[2]。表4可知，X2體重變量在第一主成分、第二主成分的因子載荷均大于0.6，為了更好的進(jìn)行分析，本研究將X2指標(biāo)剔除，不參與主成分歸類。結(jié)合表3、表4可以看出，第一主成分方差貢獻(xiàn)率最大為36.423%，與第一 主 成 分 相 關(guān) 度 最 高 的 指 標(biāo) 是 X1、X13、X14、X16、X17、X18，這七個(gè)原始變量分別為身高、坐高、肺活量、50 m跑、立定跳遠(yuǎn)、握力、引體向上/仰臥起坐，依據(jù)原始變量的特征，將第一主成分歸納為身體素質(zhì)因子。第二主成分方差貢獻(xiàn)率為 21.577% ，其中 X4、X5、X6、X10、X11、X12六個(gè)變量與其相關(guān)性較高，分別是胸圍、腰圍、臀圍、上臂部皮脂厚度、肩胛部皮脂厚度、腹部皮質(zhì)厚度，參考其特征，將其歸納為形態(tài)發(fā)育因子。第三主成分方差貢獻(xiàn)率為7.915%，其中X7、X8、X9三個(gè)變量與之具有較高相關(guān)度，分別是脈搏、收縮壓、舒張壓，將其命名為生理機(jī)能因子[6]。第四主成分方差貢獻(xiàn)率為6.391%，各變量中X15、X19因子載荷值較高，分別為坐位體前屈、耐力跑，將其命名柔韌耐力因子。

表4 旋轉(zhuǎn)成分矩陣aTable 4 Rotational componentmatrix a

表5所示是成分得分系數(shù)矩陣圖，其反映各變量在四個(gè)主成分上的得分。由表5可知四個(gè)主成分函數(shù)表達(dá)式：

以四個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重構(gòu)造福建省漢族大學(xué)生體質(zhì)健康影響因素的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：

將每位測(cè)試者的主成分因子得分帶入該綜合評(píng)級(jí)函數(shù)，即可對(duì)測(cè)試者體質(zhì)健康水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。

表5 成分得分系數(shù)矩陣Table 5 Component coefficientmatrix

3 結(jié)論

影響福建省漢族大學(xué)生體質(zhì)健康水平主要有四個(gè)因素，其中36.42%來(lái)源于身體素質(zhì)，具體項(xiàng)目包括身高、坐高、肺活量、50米跑、立定跳遠(yuǎn)、握力、引體向上/仰臥起坐；21.58%來(lái)自形態(tài)發(fā)育，其包括胸圍、腰圍、臀圍、上臂部皮脂厚度、肩胛部皮脂厚度、腹部皮質(zhì)厚度；7.915%來(lái)自生理機(jī)能因子，具體項(xiàng)目為脈搏、收縮壓、舒張壓；6.391%為柔韌耐力因子，其項(xiàng)目為坐位體前屈、耐力跑。

[1] 國(guó)務(wù)院.關(guān)于加強(qiáng)青少年體育增強(qiáng)青少年體質(zhì)的意見[R].2007-05-07.

[2] 蘇楊.我國(guó)中文體育類學(xué)術(shù)期刊學(xué)術(shù)影響力綜合評(píng)價(jià)分析：基于主成分分析法[J].南京體育學(xué)院學(xué)報(bào),2015,29(5):71-76.

[3] 何莉，董梅生，吳寶國(guó).科技期刊學(xué)術(shù)影響因素的實(shí)證分析：以20種冶金工程技術(shù)類期刊為例[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）,2013,30(4):149-150.

[4] 張文彤,董偉.SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M].北京：高等教育出版社,2013:129.

[5] 杜強(qiáng),賈麗艷.SPSS統(tǒng)計(jì)分析從入門到精髓[M].北京：人民郵電出版社,2011.

[6] 麗麗，趙宏林，佟偉軍等.蒙古族7～18歲青少年生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的主成分分析[J].中國(guó)學(xué)校衛(wèi)生,2015,36(1):14-16.

（責(zé)任編輯：葉麗娜）

Principal Com ponent Analysis of Influencing Factors on University Students’Physical Health

XU Jinfu1，LIN Yu2
(1.Department of Public Sports,Fujian Jiangxia University,Fuzhou,Fujian 350108;2.Departmentof Sports Healthcare,Fujian Sports Vocational Education and Technical College,Fuzhou,Fujian 350003)

19 indexes were analyzed in physical test of the Han-nationality university students in Fujian province through Test Method and Principal Component Analysis to determine the factors and weight that affect the Han-nationality university students’health conditions in Fujian province.By Empirical Analysis,the 19 indexes were simplified into 4 principal components,that is,physical quality,developmentalmorphology,physiology function and flexibility and endurance.The relevant functional expression is also established.

physical health；university students;principal componentanalysis;Fujian province

G804.3

A

1674－2109(2017)09－0072－05

2017-05-20

2015年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目 （社科）（JAS150636）；2015 年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（科技）（JA15740）。

許金富（1989-），男，漢族，講師，主要從事國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的研究。