基于熵權效率的交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性分析

余佳每，王 沁，蘇佳琳

基于熵權效率的交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性分析

余佳每1，王 沁2，蘇佳琳3

(1. 西南財經(jīng)大學, 統(tǒng)計學院，成都 610031; 2. 西南交通大學, 數(shù)學學院統(tǒng)計系, 成都 610031; 3. 西安交通工程學院, 公共課部, 西安 710300)

基于主成分賦權法獲得了交通運輸和經(jīng)濟發(fā)展的主成分, 在主成分的基礎上測度了交通運輸?shù)撵貦嘈屎徒?jīng)濟發(fā)展的熵權效率。從熵權效率出發(fā), 利用耦合協(xié)調度模型測算了2016年我國三十個省市的交通運輸和經(jīng)濟發(fā)展的耦合協(xié)調度。最后對“一帶一路”沿線區(qū)域的動態(tài)協(xié)調發(fā)展度進行時間序列分析擬合, 并對該區(qū)域2017—2019年的動態(tài)協(xié)調發(fā)展度進行預測。

協(xié)調性; 協(xié)調發(fā)展度; 熵權效率; 交通運輸; 經(jīng)濟發(fā)展; 主成分分析; 時間序列分析

0 引 言

作為發(fā)展中國家，交通運輸對于我國經(jīng)濟發(fā)展有著決定性的作用[1]。在不同的經(jīng)濟發(fā)展階段，交通運輸對其影響機制與影響程度也有所不同。交通運輸系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展是否協(xié)調，是決定社會經(jīng)濟能否穩(wěn)定協(xié)調發(fā)展的關鍵。因此，分析我國各省市的交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性，對于確定不同區(qū)域的交通運輸投資規(guī)模，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展有著重要的意義。

對于交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性分析，不少學者提出了不同的研究方法。汪傳旭利用大系統(tǒng)的理論與方法，建立了協(xié)調發(fā)展指數(shù)對交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調程度進行定量計算分析[1]；武旭等學者將交通運輸與經(jīng)濟視作互為輸入與輸出的投入產(chǎn)出系統(tǒng)，通過建立DEA模型對二者協(xié)調度進行計算[3]；羅文慧等學者利用主成分分析法找出衡量區(qū)域交通與經(jīng)濟發(fā)展水平的主因子，進一步利用因子構建了交通經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展的評價模型對協(xié)同度進行了計算[4]。李潔等基于協(xié)整評價模型分析了四川省區(qū)域經(jīng)濟與交通運輸?shù)膮f(xié)調關系[5]。姬亞鵬[6]基于變異系數(shù)構建了交通與經(jīng)濟系統(tǒng)間的協(xié)調度模型，對京津冀的交通與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調性進行了評價研究。

上述研究尚未基于熵權效率對全國各省市交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性進行研究，故本文在已有研究的基礎上，利用主成分分析與熵權法結合對各省市交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的水平進行度量，再根據(jù)協(xié)調度模型，利用熵權效率對我國七大地理區(qū)域的協(xié)調度進行度量，進一步對協(xié)調度的變動性進行分析，并利用時間序列分析對其進行預測。

1 研究方法

1.1 評價指標體系和主成分賦權法

對于多指標的復雜評價系統(tǒng)常常采用主成分賦權法[11]，其主要思想為：挑選出累計貢獻率較大的前幾個主成分，利用主成分貢獻率計算出各指標的得分值占比，以此作為各項指標權重，再分別將每個評價對象的各指標數(shù)值與上述計算出的權重進行加權求和，以此得到各評價對象主成分得分結果。

主成分賦權法步驟如下（假設原評價系統(tǒng)共個指標和個評價對象）：

1.2 交通運輸和經(jīng)濟發(fā)展的熵權效率測評

在實際分析過程中，第一主成分的特征值往往比其他主成分的特征值大得多，因此第一主成分的方差貢獻率通常較大，而其他主成分的方差貢獻率較小[12]。因此，采用主成分賦權法，不能全面體現(xiàn)每個主成分的作用，需要利用主成分得分的冗余信息，尋求一種更為客觀合理的賦權方式來計算綜合得分。

熵權法是一種廣泛應用的客觀賦權方法。根據(jù)信息論的基本原理知信息是系統(tǒng)有序度的度量，熵是系統(tǒng)無序度的度量。如果一個指標的信息熵越小，它提供的信息越多，在綜合評價中所起的作用就越大，權重就越高。因此，在綜合評價中，可以利用信息熵工具計算出各指標的權重[13]。熵權法的主要思想為：若某一研究對象的信息熵在所有研究對象熵值之和中占比越小，則其提供的信息越多，相應地也應當有更高的權重。

熵權法計算步驟如下[7]：

① 數(shù)據(jù)的預處理：由于主成分得分有正有負，因此首先需要對指標進行非負化處理，公式如下：

③ 計算綜合評價得分：

根據(jù)主成分算出的系統(tǒng)得分處于負無窮到正無窮之間，但計算協(xié)調度時，用于計算的數(shù)值需處于0~1之間，因此將主成分分析與熵權法結合，即利用熵權法對主成分進行定權。這樣不僅可以利用主成分的信息熵冗余度確定其權重，還可以通過對指標數(shù)據(jù)的非負化處理使得最終計算得到的熵權效率值處于0~1之間，從而便于下一步對協(xié)調度的計算。

除此之外，由于主成分分析所提取的是指標系統(tǒng)內(nèi)的主要信息，而熵權法則是提取了各項主成分中的冗余信息，因此二者的結合能夠更充分地提取數(shù)據(jù)中的信息。

1.3 協(xié)調度以及協(xié)調發(fā)展度評價模型

協(xié)調度的公式如下[14]：

利用交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展水平的熵權效率值對協(xié)調度進行計算，可以保證協(xié)調度的取值處于0~1之間。

參照目前大多數(shù)國家普遍采用的協(xié)調度等級劃分，具體標準如表1所示。

表1 協(xié)調等級劃分準則

Tab.1 Coordination level division criteria

2 實證分析

本文搜集了2008—2016年間我國三十個省市的交通與經(jīng)濟系統(tǒng)指標，數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》以及各省市統(tǒng)計年鑒。

2.1 主成分權重

計算出各個主成分的得分系數(shù)矩陣，再將其與各主成分的貢獻率相乘，得到廣義的主成分權重。

2.2 交通運輸和區(qū)域經(jīng)濟的熵權效率評價

運用熵權法對主成分得分進行賦權，結果如表2所示。

表2 熵值和權重計算結果

Tab.2 Calculation results of entropy and weight

交通運輸系統(tǒng)的熵權效率計算公式如下：

交通運輸熵權效率結果如圖1所示。

由結果可看出，各省市交通運輸發(fā)展情況差距較大，2016年，北京市的交通運輸系統(tǒng)發(fā)展水平相對較高，貴州省的交通運輸發(fā)展水平相對落后。

同理，計算得2016年經(jīng)濟發(fā)展熵權效率結果如圖2所示。

由圖2可看出，各省市交通運輸發(fā)展情況差距較大，2016年，廣東省的經(jīng)濟發(fā)展水平相對較高，青海省的經(jīng)濟發(fā)展水平相對落后。

圖1 各省市交通運輸熵權效率結果

圖2 各省市經(jīng)濟發(fā)展熵權效率結果

2.3 交通運輸和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的耦合協(xié)調度分析

將各省市的交通經(jīng)濟發(fā)展水平得分指數(shù)帶入?yún)f(xié)調度模型進行計算，結果如表3所示。

表3 交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調度評價結果

Tab.3 Evaluation results of coordination degree of transportation and economic development

續(xù)表3

城市協(xié)調度C靜態(tài)協(xié)調發(fā)展度城市協(xié)調度C靜態(tài)協(xié)調發(fā)展度 湖北0.960.60貴州0.800.37 湖南0.980.60云南0.990.51 廣東0.800.76陜西1.000.56 廣西0.970.48甘肅0.980.39 海南0.990.46青海0.930.42 重慶0.780.45寧夏0.950.45 四川0.970.59新疆0.980.49

由計算結果所示，2016年間，全國三十個省市中，北京市處于比較協(xié)調；廣東省、上海市、江蘇省、山東省、浙江省、天津市處于基本協(xié)調；湖南省、湖北省等12個省市處于輕度不協(xié)調；新疆維吾爾自治區(qū)、吉林省等8個省市處于中度不協(xié)調；甘肅省、江西省、貴州省處于嚴重不協(xié)調?？梢钥闯?，大多數(shù)省市的交通運輸系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)之間協(xié)調程度都有所欠缺。雖有北京、廣東省、上海市等七個省市處于比較協(xié)調以及基本協(xié)調狀態(tài)，但與非常協(xié)調還是有一定的差距?；诖耍魇∈袘斀Y合自身區(qū)位優(yōu)勢以及地理條件，提高交通資源配置效率，提升交通運輸發(fā)展水平，以進一步提高交通運輸系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)之間的協(xié)調等級。各省市協(xié)調等級分類情況如表4所示。

表4 各省市協(xié)調等級分類情況

Tab.4 Classification of coordination levels in various provinces and cities

2.4 一帶一路沿線區(qū)域協(xié)調發(fā)展度的分析與預測

“一帶一路”跨越了我國十八個省市，其中，新疆、重慶、陜西、甘肅等13個省市位于絲綢之路經(jīng)濟帶，上海、福建、廣東、浙江、海南五個省市位于21世紀海上絲綢之路。自2013年以來，“一帶一路”的建設也極大地推動了沿線省市的交通與經(jīng)濟的發(fā)展，區(qū)域的經(jīng)濟開放性增強，交通運輸吞吐量大幅提高，進而對沿線省市的交通運輸系統(tǒng)提出了更高的要求。

按照上述方法，計算求得2008—2015年間“一帶一路”沿線城市的協(xié)調發(fā)展度數(shù)據(jù)，并對2008—2016年“一帶一路”沿線城市的靜態(tài)協(xié)調發(fā)展度進行分析，并對其加權平均后得到協(xié)調發(fā)展度計算，結果如圖3所示。

從圖3中可看出2008—2016年間，“一帶一路”沿線地區(qū)的協(xié)調發(fā)展度整體呈上升趨勢，2016年協(xié)調發(fā)展度有所降低，表現(xiàn)出此時該區(qū)域的經(jīng)濟與交通運輸面臨了新的適應性問題，需進一步解決。

年 份

表5 2008—2019年間“一帶一路”沿線區(qū)域動態(tài)協(xié)調發(fā)展度

Tab.5 Dynamic coordinated development degree of the area along the “ the Belt and Road ” Initiative between 2008 and 2019

從圖4可看出2008—2019年間，“一帶一路”沿線區(qū)域的協(xié)調發(fā)展度整體呈上升趨勢，且自2013年“一帶一路”建設提出以來，2013—2019年間協(xié)調發(fā)展度也是整體有很大的提升。這也進一步說明，“一帶一路”建設為沿線省市帶來了新的機遇，經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提高，交通運輸系統(tǒng)不斷完善，最終使其交通運輸系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性得以提升，實現(xiàn)了經(jīng)濟更好更快更協(xié)調的發(fā)展。

圖4 2008—2019年間“一帶一路”沿線區(qū)域靜態(tài)協(xié)調發(fā)展度

3 結論與建議

3.1 結論分析

本文利用主成分分析與熵權法結合計算出了我國省域城市的交通以及經(jīng)濟發(fā)展情況，再利用協(xié)調度以及協(xié)調發(fā)展度模型對交通運輸與經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調性進行了度量。根據(jù)上述計算結果，本文所得結論如下：

2016年間，相較于2008到2015年，我國各省市的經(jīng)濟與交通運輸發(fā)展水平都有明顯的提升，各個產(chǎn)業(yè)都在穩(wěn)步向前。在交通經(jīng)濟水平整體進步的同時，各省市的發(fā)展差距也較為明顯。北京、廣東、浙江、江蘇、上海等省市的經(jīng)濟與交通發(fā)展水平都穩(wěn)居全國前列，寧夏、海南、甘肅、青海、貴州等省市的交通經(jīng)濟發(fā)展相對比較落后。

2016年間，我國各省市之間的協(xié)調發(fā)展度差距較大，其中，北京市、廣東省、上海市的交通與經(jīng)濟協(xié)調狀況較好，協(xié)調發(fā)展度位居全國前列，處于比較協(xié)調以及基本協(xié)調的狀態(tài)；甘肅省、江西省、貴州省的交通與經(jīng)濟的協(xié)調狀況欠佳，處于嚴重不協(xié)調狀態(tài)。

2009—2016年間，我國“一帶一路”沿線區(qū)域的協(xié)調發(fā)展度整體呈上升趨勢，變化趨勢相對平穩(wěn)。其中，2012、2014年的協(xié)調發(fā)展度有較為明顯的提升，表明這一年間各省市的交通與經(jīng)濟發(fā)展水平得到了一定的提升，兩者之間的協(xié)調性也進一步加強；2016年各省市的協(xié)調發(fā)展度有較為明顯的下降，表明這一年間各省市的交通與經(jīng)濟發(fā)展出現(xiàn)了新的適應性問題，亟待進一步解決。

3.2 建 議

基于上述計算結果，結合我國現(xiàn)階段的發(fā)展情況，本文從以下五個方面對我國的經(jīng)濟交通發(fā)展提出合理化建議。

（1）縮小各省市經(jīng)濟發(fā)展水平差距

雖然改革開放以來，我國各省市的經(jīng)濟發(fā)展水平都得到了較大的提升，但各區(qū)域的發(fā)展水平存在著較大的差異。在發(fā)展不平衡的形勢下，政府部門應當加強發(fā)展落后地區(qū)的經(jīng)濟建設，縮小貧富差異，逐步實現(xiàn)全國人民的共同富裕。此外，各區(qū)域也當結合自身區(qū)域優(yōu)勢，升級優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，加強與其他區(qū)域間的經(jīng)濟合作，從而進一步提升經(jīng)濟發(fā)展水平。

（2）縮小各省市交通運輸發(fā)展水平差距

近年來，我國的交通運輸發(fā)展迅速，公路、水路、航空、管道、鐵路運輸業(yè)競相發(fā)展，交通運輸?shù)馁|量與效率都得到了較大的提升。然而，由于區(qū)域間的地理條件、經(jīng)濟發(fā)展水平的差異性，使得各省市的交通發(fā)展水平參差不齊。各區(qū)域應當結合自身地理環(huán)境，合理發(fā)展交通運輸，加強與臨近區(qū)域的協(xié)作規(guī)劃。政府部門也應當加大對落后地區(qū)的交通運輸投資建設，進一步完善區(qū)域交通運輸系統(tǒng)。

（3）進一步完善提升區(qū)域交通運輸系統(tǒng)

各省市在經(jīng)濟發(fā)展的同時，也不能忽視交通運輸?shù)陌l(fā)展。交通運輸對于經(jīng)濟發(fā)展有著決定性的作用，只有完善優(yōu)良的交通運輸系統(tǒng)才能夠保證經(jīng)濟活動的有力運行。各省市應當結合自身經(jīng)濟發(fā)展水平，對交通運輸發(fā)展情況進行評估以及提升，使得交通運輸發(fā)展水平與經(jīng)濟發(fā)展水平相匹配。

（4）加強區(qū)域之間的交通與經(jīng)濟合作

在當下這樣的開放式社會經(jīng)濟形態(tài)下，各省市的經(jīng)濟與交通發(fā)展除了需進行自身產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化與升級，還應當加強與其他區(qū)域間的合作，努力打破區(qū)域之間的貿(mào)易壁壘。各區(qū)域之間協(xié)調合作，建立起生產(chǎn)以及運輸工作的分工與合作機制，盡可能降低運輸成本，通過分工合作使得各區(qū)域得到更好更快的發(fā)展。

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Coordination Analysis of Transportation and Economic Development Based on Entropy Weight Efficiency

YU Jia-mei1, WANG Qin2, SU Jia-lin3

(1. School of statistics, Southwestern University of Finance and Economics, Chengdu 610031, China;2. Department of Statistics in the College of Mathematics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;3. School of Public Courses, Xi’an Jiaotong University, Xian 710300, China)

Based on the principal component weighting method, the main components of transportation and economic development were obtained. Subsequently, the entropy weight efficiency of transportation and the entropy weight efficiency of economic development were measured based on the principal components. Based on the entropy weight efficiency, the coupling coordination degree model was used to calculate the coupling coordination degree of transportation and economic development in 30 provinces and cities in China in 2016. Finally, a time series analysis and fitting of the dynamic coordinated development degree along the “theBelt and Road” area was carried out, and the dynamic coordinated development degree of the region in 2017–2019 was predicted.

coordination; coordinated development; entropy weight efficiency; transportation; economic development; principal component analysis; time series analysis

1672-4747（2020）02-0177-08

F512.3

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.022

2019-05-01

2018 年四川省哲學社會科學重點研究基地西部交通戰(zhàn)略與區(qū)域發(fā)展研究中心項目（XJQ18007）

余佳每（1996—），女，重慶人，西南財經(jīng)大學碩士研究生，研究方向：經(jīng)濟統(tǒng)計、金融統(tǒng)計，E-mail：jiameiyuu@163.com

王沁（1973—），女，四川人，西南交通大學數(shù)學學院副教授，研究方向：計量經(jīng)濟學、時間序列分析，E-mail：wangqin@swjtu.edu.cn

余佳每，王沁，蘇佳琳. 基于熵權效率的交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性分析[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2020, 18（2）：177-184.

（責任編輯：劉娉婷）