運(yùn)用聚類分析評(píng)估油庫(kù)油料保障效能

巨亞榮，汪 濤，陳 勤

(中國(guó)人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院 a.軍事物流系； b.油料系； c.軍事物流系， 重慶 401331)

努力建設(shè)保障打贏現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的后勤、服務(wù)部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的后勤和向信息化轉(zhuǎn)型的后勤，是習(xí)主席和中央軍委賦予軍隊(duì)后勤系統(tǒng)的戰(zhàn)略任務(wù)[1]。在油料系統(tǒng)貫徹落實(shí)“三大建設(shè)任務(wù)”要求，就是要促進(jìn)油料保障向信息化轉(zhuǎn)型發(fā)展。油料保障的總體目標(biāo)是充分發(fā)揮油料系統(tǒng)人、財(cái)、物的作用，把國(guó)家分配給軍隊(duì)的有限的油料以及油料裝備、油料經(jīng)費(fèi)管理好、使用好，最大限度地保障軍隊(duì)建設(shè)和作戰(zhàn)的需要。要圓滿達(dá)到這一總體目標(biāo)，必須依靠科學(xué)管理，講求油料保障效能。

后方油庫(kù)是軍隊(duì)中擔(dān)負(fù)戰(zhàn)略、戰(zhàn)役或平時(shí)油料儲(chǔ)備和供應(yīng)任務(wù)的倉(cāng)庫(kù)，其首要任務(wù)是做好平戰(zhàn)時(shí)油料、油料裝備(器材)的收發(fā)、保管和供應(yīng)工作[2]。對(duì)油庫(kù)的油料保障效能進(jìn)行評(píng)估，有助于了解、掌握油料保障系統(tǒng)的能力和不足，為油料保障決策提供可靠依據(jù)，為提高油料保障的能力創(chuàng)造條件。

聚類是人類一項(xiàng)最基本的認(rèn)識(shí)活動(dòng)，是研究“物以類聚”的一種方法。聚類分析就是根據(jù)事物本身的特性，按照一定的類定義準(zhǔn)則，對(duì)所研究的事物進(jìn)行歸類[3]。通過(guò)適當(dāng)聚類，事物才便于研究，事物的內(nèi)部規(guī)律才可能為人類所掌握。近年來(lái)，隨著油料保障信息化在全軍部隊(duì)試點(diǎn)展開，各后方油庫(kù)積累了大量的油料業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)。這種海量的油料業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏著油料消耗的空間分布及其變化趨勢(shì)，是進(jìn)行油料保障效能評(píng)估的基礎(chǔ)資料[4]。采用聚類分析方法對(duì)各油庫(kù)的油料保障效能進(jìn)行評(píng)估，有助于挖掘隱藏在大量油料保障業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中不被人們認(rèn)知的關(guān)于油料保障活動(dòng)的規(guī)律性知識(shí)，用以輔助決策，促進(jìn)油料保障工作的針對(duì)性。

1 后方油庫(kù)油料保障效能評(píng)估概述

1.1 相關(guān)概念界定

油料保障效能是指完成油料保障任務(wù)的有效程度，是油品、油料裝備及油料設(shè)施(備)、油料保障人員、油料保障機(jī)構(gòu)、油料保障信息、油料經(jīng)費(fèi)等蘊(yùn)含的有利于軍隊(duì)建設(shè)和作戰(zhàn)行動(dòng)的作用[5]。油料保障效能與國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所討論的效益相比具有許多特殊性，致使對(duì)它的評(píng)價(jià)考核工作比較復(fù)雜和特殊。

油料保障效能評(píng)估，是后勤指揮機(jī)關(guān)根據(jù)油料保障需要，對(duì)本級(jí)及下級(jí)油料保障能力的一種綜合性的預(yù)先估計(jì)，是對(duì)油料保障的效益水平進(jìn)行評(píng)價(jià)和估算的活動(dòng)。

1.2 油料保障效能評(píng)估的分類

1) 按評(píng)估的內(nèi)容分類

① 單項(xiàng)要素保障效能

后方油庫(kù)的油料保障效能是由不同要素構(gòu)成的，這些要素包括油品、裝備和設(shè)備、人員、保障能力、環(huán)境等。對(duì)這些不同要素的效能評(píng)估，形成油料保障單項(xiàng)要素保障效能評(píng)估[6]。單項(xiàng)要素保障效能僅能反映油庫(kù)在某一方面的效能。

② 綜合保障效能

油庫(kù)綜合保障效能，是油庫(kù)完成某一油料保障任務(wù)整體情況的反映，是進(jìn)行保障效能評(píng)估的主要目的。油庫(kù)綜合保障效能的得出依賴于單項(xiàng)要素保障效能，只有在計(jì)算出油庫(kù)所有單項(xiàng)要素保障效能的基礎(chǔ)上，按照一定的評(píng)估模型，才能得到綜合保障效能。

2) 按評(píng)估的穩(wěn)定性分類

① 靜態(tài)保障效能

油庫(kù)靜態(tài)保障效能是油勤人員和油料設(shè)備設(shè)施等因素所蘊(yùn)含的保障效能，其特點(diǎn)是在評(píng)估時(shí)不考慮油庫(kù)的背景情況和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，只衡量其在正常條件下具備保障能力的狀態(tài)。

② 動(dòng)態(tài)保障效能

動(dòng)態(tài)保障效能是指油庫(kù)在特定的保障任務(wù)和保障環(huán)境下，內(nèi)部因素和外部因素相互產(chǎn)生系統(tǒng)合力所形成的現(xiàn)實(shí)保障效能。動(dòng)態(tài)保障效能是對(duì)靜態(tài)保障效能的發(fā)揮、延伸和拓展。

3) 按評(píng)估的層次分類

軍隊(duì)油料保障系統(tǒng)是一個(gè)多層次、多系統(tǒng)的綜合體，根據(jù)工作范圍和擔(dān)負(fù)的任務(wù)大致分為3個(gè)層次：一是油料保障部(分)隊(duì)；二是用油部隊(duì)；三是各級(jí)機(jī)關(guān)油料部門。后方油庫(kù)屬于油料保障部(分)隊(duì)。

2 聚類分析的基本原理

聚類分析能夠?qū)⒁慌鷺颖?或變量)數(shù)據(jù)根據(jù)其諸多特征，按照在性質(zhì)上的親疏程度在沒(méi)有先驗(yàn)知識(shí)的情況下進(jìn)行自動(dòng)分類，產(chǎn)生多個(gè)分類結(jié)果。

2.1 聚類分析中“親疏程度”的度量

對(duì)樣品之間的親疏程度的測(cè)量一般有兩個(gè)角度：一個(gè)是個(gè)體之間的相似程度；另一個(gè)是個(gè)體間的差異程度。個(gè)體間的相似程度通常用簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)或等級(jí)系數(shù)衡量，而個(gè)體間的差異程度通常采用距離測(cè)度。距離測(cè)度是一個(gè)函數(shù)d(x,y)，以空間中的兩個(gè)點(diǎn)作為參數(shù)，函數(shù)值是一個(gè)參數(shù)值，該函數(shù)必須滿足下列準(zhǔn)則：

1)dij≥0,對(duì)一切xi,xj∈RP,成立，且dij=0當(dāng)且僅當(dāng)xi=xj；

2)di,j≤di,k+dk,j,?xi,xj,xk∈RP

只有滿足上述性質(zhì)的距離測(cè)度才可以稱為度量。假設(shè)有n個(gè)樣品x1，x2，…，xn，每個(gè)樣品都有m個(gè)指標(biāo)，因此可用一個(gè)m維向量表示，記

xi=(xi1,xi2,…,xim)T,i=1,2,…,n

從直觀上看，屬于同一類的對(duì)象在空間中應(yīng)該互相靠近，而不同類的對(duì)象之間的距離要大得多。個(gè)體間距離的定義會(huì)受到變量類型的影響，使得個(gè)體間距離的定義也因此不同。常用的有曼哈頓距離、歐幾里德距離、切比雪夫距離、閔可夫斯基距離等。

① 曼哈頓距離

② 歐幾里德距離(Euclidean Distance)

③ 切比雪夫距離(Chebyshev)

④ 閔可夫斯基距離(Minkowski Distance)

2.2 聚類分析的分類

1) 以分類對(duì)象為標(biāo)準(zhǔn)

①Q(mào)-型聚類分析又稱觀測(cè)聚類或樣本聚類，是根據(jù)被研究對(duì)象的各種特征，把特征相似的研究對(duì)象歸并為一類[7]。

②R-型聚類分析是指對(duì)指標(biāo)或者變量分類。在實(shí)際問(wèn)題中，描述同一事物特征的變量有很多，對(duì)描述研究對(duì)象的變量進(jìn)行歸類，使得每一類都能代表觀測(cè)對(duì)象某一方面的特征。

2) 以分類方法為標(biāo)準(zhǔn)

① 系統(tǒng)聚類法

系統(tǒng)聚類法的基本思想是：開始將樣品或指標(biāo)各視為一類，根據(jù)類與類之間的距離或相似程度將最相似的類加以合并，再計(jì)算新類與其他類之間的相似程度，不斷繼續(xù)這一過(guò)程，直到所有的樣品(或指標(biāo))合并為一類[8]。

② 動(dòng)態(tài)聚類法

動(dòng)態(tài)聚類法的基本思想是：開始按照一定方法選取一批聚類中心，讓樣品向最近的聚心凝聚，形成初始分類，然后按最近距離原則不斷修改不合理分類，直至合理為止[9]。

不管按何種標(biāo)準(zhǔn)分類，其目的都是根據(jù)某種標(biāo)準(zhǔn)，把“相似”的事物歸類。應(yīng)用聚類分析應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是在選擇參與聚類分析的變量時(shí)，應(yīng)注意所選變量是否符合聚類分析的要求；二是在聚類分析之前應(yīng)首先對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除數(shù)量級(jí)對(duì)聚類結(jié)果的影響；三是各變量之間不應(yīng)有較強(qiáng)的線性相關(guān)性。

3 案例分析

本節(jié)以某戰(zhàn)區(qū)各后方油庫(kù)為研究對(duì)象，運(yùn)用SPSS軟件，結(jié)合年度油庫(kù)油料保障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，首先采用R型聚類對(duì)油庫(kù)“持續(xù)保障能力”指標(biāo)下屬的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，篩選出最能反映油庫(kù)持續(xù)保障能力的指標(biāo)；然后采用Q型聚類分析對(duì)油庫(kù)油料保障綜合效能進(jìn)行評(píng)估，以確定對(duì)戰(zhàn)區(qū)內(nèi)油庫(kù)的分類數(shù)目及每個(gè)油庫(kù)所屬的級(jí)別。

3.1 基于R型聚類分析的后方油庫(kù)油料效能評(píng)估

表1是2015年某戰(zhàn)區(qū)各后方油庫(kù)的“持續(xù)保障能力”各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表，為描述方便，分別用x1,x2,x3,x4,x5表示“儲(chǔ)存能力”、“上級(jí)或他部加強(qiáng)力量”、“遭敵破壞后恢復(fù)能力”、“收發(fā)卸載能力”和“交通運(yùn)輸條件”等5項(xiàng)下級(jí)指標(biāo)。

采用系統(tǒng)聚類法對(duì)表中的變量進(jìn)行聚類分析，聚類時(shí)先確定用相似性來(lái)測(cè)度，聚類數(shù)目的范圍選擇2～3，度量標(biāo)準(zhǔn)選用pearson相關(guān)系數(shù)，聚類算法選最遠(yuǎn)元素法，以此來(lái)篩選出最能反映油庫(kù)“持續(xù)保障能力”本質(zhì)特征的指標(biāo)，達(dá)到數(shù)據(jù)降維的目的。如表2所示，生成的相似性矩陣?yán)锏臄?shù)字為相關(guān)系數(shù)，若有某兩個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)接近1或-1，說(shuō)明兩個(gè)變量可互相替代。

表1 2015年某戰(zhàn)區(qū)后方油庫(kù)“持續(xù)保障能力”統(tǒng)計(jì)表

表2 相似性矩陣

從表2可以看出，“儲(chǔ)存能力”和“收發(fā)卸載能力”相關(guān)系數(shù)較大，“儲(chǔ)存能力”和“上級(jí)或他部加強(qiáng)力量”的相關(guān)系數(shù)也較大，因此，兩組相關(guān)關(guān)系中均是二者取其一即可。

從表3中可以清晰地看出，當(dāng)聚類數(shù)目為3時(shí)，x1和x4聚為一類，x2和x5聚為一類，x3單獨(dú)為一類，這和表1中由相關(guān)系數(shù)所表示的聚類完全一致。再綜合油料保障領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，僅保留“儲(chǔ)存能力”指標(biāo)較為合適。表3是群集成員表。綜合油料保障領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，根據(jù)實(shí)際情況可確定聚類數(shù)，進(jìn)而確定指標(biāo)的取舍。

表3 群集成員

3.2 基于Q型聚類分析的油料保障綜合效能評(píng)估

表4是2015年某戰(zhàn)區(qū)各后方油庫(kù)的“油料保障效能”統(tǒng)計(jì)表，采用Q型聚類法對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，即依據(jù)表中的某一列數(shù)據(jù)對(duì)各后方油庫(kù)在該項(xiàng)保障效能的得分值進(jìn)行分類，以明確各個(gè)油庫(kù)在該項(xiàng)保障效能上所處的級(jí)別。

表4 XX戰(zhàn)區(qū)后方油庫(kù)油料保障效能統(tǒng)計(jì)表

用SPSS軟件進(jìn)行分析。由于開始不確定分為幾類，暫時(shí)用一個(gè)3類范圍試探。這一次采用最遠(yuǎn)鄰近法，用平方Eudidean距離進(jìn)行測(cè)度。生成的樹狀圖如圖1所示。

從圖1所示的樹狀圖可以看出，根據(jù)油庫(kù)油料保障綜合效能，可以把油庫(kù)分為3類：

第1類：a005、a007、a014、a002、a015、a006

第2類：a016、a010、a004、a008、a003

第3類：a012、a001、a011、a013、a009

即第1類油庫(kù)的各項(xiàng)效能指標(biāo)處于比較高的段位，第2類油庫(kù)的各項(xiàng)效能指標(biāo)處于中等位置，第3類油庫(kù)的各項(xiàng)效能指標(biāo)則比較低。評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況相符。

需要指出的是，使用不同的聚類方法會(huì)得出不同的分類結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用中可選用其他聚類方法將各種結(jié)果加以比較[10]，以便確定對(duì)于不同的聚類結(jié)果，究竟哪一種分類較好。一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)兩種方法判斷，一是根據(jù)與分類問(wèn)題本身有關(guān)的專業(yè)知識(shí)決定取舍；或者將各種結(jié)果中的共性取出來(lái)，將有疑問(wèn)的樣品放在一邊待判，然后選用最短距離法對(duì)待判的樣品作特殊處理，決定它們的歸屬。

4 結(jié)論

為探索改進(jìn)部隊(duì)后方油庫(kù)油料保障效能評(píng)估的方法，引入聚類分析作為一個(gè)獨(dú)立的工具獲得油庫(kù)油料保障效能數(shù)據(jù)的分布狀況。案例研究結(jié)果表明，采用聚類分析進(jìn)行油庫(kù)油料保障效能評(píng)估，能顯著降低評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)的冗余度，降低評(píng)估成本，且評(píng)估算法完全依據(jù)原始樣本數(shù)據(jù)的特征，減少了先驗(yàn)知識(shí)對(duì)評(píng)估結(jié)果的主觀影響，增強(qiáng)了評(píng)估的客觀性和準(zhǔn)確性。運(yùn)用聚類分析評(píng)估油庫(kù)油料保障效能為探索改進(jìn)其他相關(guān)的效能評(píng)估方法提供了新的思路。