基于靈敏度分析的差異原因探究模型

劉書佳 文潔

摘要：清潔可再生能源在我們的生產(chǎn)和生活中扮演著越來越重要的角色，大到國家小到省區(qū)或州際，都在尋求更好使用清潔可再生能源的策略。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（TX）地處美國和墨西哥邊界，這四個州希望加強合作，形成一個現(xiàn)實的新能源契約。為了找到導(dǎo)致四個州能源概況差異性的因素，我們建立了基于多元函數(shù)擬合的差異原因探究模型，該模型也是靈敏度分析的新應(yīng)用，我們定義了州的特征向量，運用歐氏距離對其差異進行描述，對引起差異的各個因素進行靈敏性分析，靈敏性越高，表示其對應(yīng)因素對兩個州差異的形成的貢獻越大，以此非名，確定造成兩個州差異的主要因素，應(yīng)用MATLAB求解模型，得到的結(jié)果在正文中模型求解部分以關(guān)系圖的形式呈現(xiàn)。此外基于目前的能源使用情況和對未來清潔能源使用預(yù)測，我們還給出了絳能源使用建議。

關(guān)鍵詞：清潔能源 靈敏度 差異原因探究模型

一、背景

能源是經(jīng)濟增長和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。美國能源消費占到全球總量的大約四分之一。美國每年生產(chǎn)大量的能源，本身即為全球規(guī)模最大的能源市場，同時每年依然需要從海外進口大量能源以滿足能源供需缺口。據(jù)預(yù)計，到2025年美國能源凈進口將增至億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上，年均增幅接近，占美國能源消費總量的比重也將上升到，制定合理的能源政策對于維護美國能源與經(jīng)濟安全具有重要的意義。

二、數(shù)據(jù)處理與能源概況

（一）為了使模型得到簡化，我們對數(shù)據(jù)進行處理，缺省數(shù)據(jù)補為0，無描述的MsN碼舍棄，我們將一次能源分為兩類，清潔能源和非清潔能源，將部門分為四類，交通運輸部門、住宅和商業(yè)部門、工業(yè)部門、電力部門，按州名分層將數(shù)據(jù)整合到四張數(shù)據(jù)表，表中說明了不同年份下每個部門能源消耗概況，并用Matlab繪制出圖表得到能源概況。

（二）我們對題目所給原始數(shù)據(jù)進行一系列處理，得到1960-2009年各個州能源概況如下：AZ州和CA州的情況類似，化石燃料的消耗是主要的能源消耗方式，清潔能源的消耗量低于化石燃料的消耗量；NM州和TX州情況類似，清潔能源的消耗整體上呈現(xiàn)出上升的趨勢，化石燃量的消耗整體上呈現(xiàn)出下降的趨勢，1975年左右清潔能源的消耗量超過化石燃量，成為該地區(qū)主要的能源消耗種類。

（三）預(yù)測結(jié)果：非清潔能源的主要消耗部門是運輸部門，清潔能源的主要消耗部門是電力部門，隨著時間的發(fā)展，這種趨勢會也來越明顯。

三、模型建立

在這一部分，我們建立了一個基于多元函數(shù)擬合和靈敏度分析為原理的要素重要性比較模型。以GDP（實際國民生產(chǎn)總值）、人口為自變量，以每個州每個部門（運輸部門、住宅和商業(yè)部門、工業(yè)部門、商業(yè)部門）中使用清潔能源所占百分比為因變量，這里我們稱因變量組成的4維向量為特征，根據(jù)多元函數(shù)擬合方法，運用MATLAB處理數(shù)據(jù)和編程求解相應(yīng)自變量系數(shù)，以州為整體得到函數(shù)簇。在數(shù)據(jù)處理過程中為了避免大變量吃小變量的情況，對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，又因為在統(tǒng)計表中GDP數(shù)據(jù)不全，所以對某個州四個部門擬合時選用時間段為1980-2009年，在這個時間段內(nèi)按照如下關(guān)系式進行擬合：

接下來我們討論GDP、人口的變化對特征的影響（這里假設(shè)年份固定，而且年份固定后每個州對應(yīng)的GDP、人口可查表得到）。

我們將4組特征兩兩作差，運用歐氏距離求得特征差向量的大小，此時的特征差向量大小記為，在年份確定的情況下，固定自變量向量中任一個分量，改變另一個量，代入（1）中，從而得到兩個特征值，用歐式距離計算特征值的大小，比較兩個數(shù)值大小，從而判斷出對于兩兩不同的州導(dǎo)致差異性的因素是GDP、人口中的哪一個。這里的主要思想是利用特征對自變量的靈敏度判斷出導(dǎo)致差異性的影響因素。

四、模型的求解

我們用MATLAB將流程圖中的想法實現(xiàn)，編寫程序最終得到結(jié)果見圖：

五、能源使用建議

根據(jù)前文提到的引起兩個州之間差異的主要因素，預(yù)測得到的能源消耗走勢，綜合考慮科技發(fā)展，國際能源形勢，提出如下建議。

1.在兩州能源消耗差異成因分析過程中我們得知除了CA和TX兩州之間，人口起到主要作用外，其余比較過程都是經(jīng)濟因素起主要作用。所以建議：大力促進經(jīng)濟發(fā)展。

2.預(yù)測得到的能源消耗走勢可以看出總體能源消耗向清潔能源方向轉(zhuǎn)移，運輸部門逐漸成為非清潔能源消耗主力。所以建議：推廣新能源交通工具，尤其是新能源汽車。

3.結(jié)合當(dāng)下清潔能源，新能源發(fā)展形勢，有許多像可燃冰一樣的清潔能源可以開發(fā)，生物質(zhì)能也有極大的進步空間，制約其推廣的因素就是技術(shù)未達要求，無法有效降低成本。所以建議：向清潔能源有關(guān)技術(shù)發(fā)展進行一定的資源傾斜。

4.當(dāng)前國際上對環(huán)保越發(fā)的重視，各個大國都在從事清潔能源的開發(fā)工作，古人云：三人行，必有我?guī)?。所以建議：加強國際技術(shù)交流，共同探討清潔能源的發(fā)展方向，交流有關(guān)技術(shù)。