基于主成分分析與系統(tǒng)聚類的河南省經(jīng)濟宜居城市實證研究

李書覃，程則續(xù)，程啟先，翟慧敏

（1.信陽師范學院 地理科學學院/環(huán)境與規(guī)劃研究所，河南 信陽 464000；2.信陽學院 大數(shù)據(jù)與人工智能學院/應用數(shù)學研究所，河南 信陽 464000）

隨著城市經(jīng)濟、社會的不斷發(fā)展，城市的經(jīng)濟發(fā)展水平與可持續(xù)發(fā)展能力逐漸受到關注。［1］經(jīng)濟宜居城市具有生活舒適、經(jīng)濟發(fā)達、交通便捷、環(huán)境優(yōu)美等特點。［2］王世營等［3］就宜居城市概念模型與路徑選擇進行了探討；李作志等［4］就城市可持續(xù)發(fā)展的和諧模型進行了研究；白青卓等［5］就城市建設中宜居性與經(jīng)濟性協(xié)調進行了研究；潘理虎等［6］就城市安全宜居度的仿真模型構建與求解進行研究。以上研究從實際情況探討具體城市達到經(jīng)濟宜居的路徑、協(xié)調等，未能就某一特定區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟宜居城市建設的差異性展開探討，因此具有局限性。

本研究以河南省地級市為研究區(qū)，構建相應的經(jīng)濟宜居城市評價指標體系，依據(jù)主成分分析法進行經(jīng)濟宜居的因子提取，并結合系統(tǒng)聚類分析進行經(jīng)濟宜居城市的層次分類研究。

一、經(jīng)濟宜居城市評價指標體系

結合相關文獻［2-9］，依據(jù)城市經(jīng)濟性、城市宜居性2個目標層，將其分別劃分為居民生活、社會生產(chǎn)，設施便捷、環(huán)境舒適4個準則層，繼續(xù)細分為人均生產(chǎn)總值、職工平均工資等13個指標層，完成經(jīng)濟宜居城市評價指標體系的構建（表1）。

（一）居民生活

居民生活是城市經(jīng)濟性的重要表現(xiàn)，人均生產(chǎn)總值、職工平均工資、住戶存款余額都與居民生活直接相關。其中，人均生產(chǎn)總值是居民生活的基礎；職工平均工資、住戶存款余額分別是居民收入、盈余的部分。

（二）社會生產(chǎn)

社會生產(chǎn)是城市經(jīng)濟性的重要基礎，工業(yè)用電量、一般公共收入和第三產(chǎn)業(yè)比重能夠直接或間接反映地方經(jīng)濟的發(fā)展情況。其中，工業(yè)用電量是地方產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的表征；一般公共收入體現(xiàn)地方政府稅收情況并與科學、教育、文化、衛(wèi)生等各項支出直接相關；第三產(chǎn)業(yè)比重體現(xiàn)地方產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結構的特征。

表1 城市經(jīng)濟性與宜居性評價指標體系表

（三）設施便捷

設施便捷是城市宜居性的重要表現(xiàn)，用水普及率、燃氣普及率、人均道路面積、人均醫(yī)院床鋪數(shù)都與城市基礎設施直接相關。其中，用水普及率、燃氣普及率影響居民生活質量；人均道路面積是城市道路與交通設施完善程度的體現(xiàn)；人均醫(yī)院床鋪數(shù)是城市醫(yī)療與衛(wèi)生設施完善程度的體現(xiàn)。

（四）環(huán)境舒適

環(huán)境舒適是城市宜居性的重要基礎，污水處理率、建成區(qū)綠化覆蓋率、生活垃圾無害化處理率能夠直接或間接反映地方生態(tài)的發(fā)展情況。其中，污水處理率是水資源保護的重要部分；建成區(qū)綠化覆蓋率、生活垃圾無害化處理率是城市生態(tài)環(huán)境工作的重要體現(xiàn)。

二、研究數(shù)據(jù)與方法

（一）研究區(qū)與數(shù)據(jù)

河南省地處我國中部的中原地區(qū)，素有“九州腹地、十省通衢”的美稱。截至2018年末，河南省下轄17個地級市，生產(chǎn)總值48056億元，人口數(shù)量10906萬人。本研究以河南省的鄭州、洛陽等17個地級市為研究區(qū)，研究數(shù)據(jù)來源于2017年的《河南調查年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》。

（二）研究方法

本研究主要運用到的方法包括主成分分析和系統(tǒng)聚類分析法。其中，主成分分析是利用多個指標的相關關系對其進行降維的分析方法［10］；系統(tǒng)聚類分析是利用多個指標的類間距離對其進行合并的分類方法［11］。

三、河南省經(jīng)濟宜居城市的實證分析

（一）主成分分析

本研究采用SPSS 23.0軟件進行主成分分析。依據(jù)城市經(jīng)濟性與宜居性評價指標體系表（表1），分別在城市經(jīng)濟性、城市宜居性的目標層中進行主成分分析（表2，表3）。

表2 城市經(jīng)濟性特征值與方差

表3 城市宜居性特征值與方差

本研究中的城市經(jīng)濟性、城市宜居性的累計貢獻率都達到了85%，滿足主成分分析的一般要求，并依據(jù)方差作為權重分別計算其經(jīng)濟因子和宜居因子。其中，城市經(jīng)濟性共提取3個主因子，累計貢獻率達92.492%；城市宜居性共提取4個主因子，累計貢獻率達89.665%。

（二）系統(tǒng)聚類分析

本研究采用SPSS 23.0軟件進行系統(tǒng)聚類分析。依據(jù)城市經(jīng)濟性與宜居性的特征值與方差（表2，表3）提取的經(jīng)濟因子和宜居因子，并進行系統(tǒng)聚類分析（圖1）。

圖1 經(jīng)濟宜居城市的系統(tǒng)聚類分析圖

本研究中的河南省經(jīng)濟宜居城市聚類效果較好，滿足系統(tǒng)聚類分析的一般要求。［11］依據(jù)系統(tǒng)聚類的結果，將河南省地級市分成3個層次，并得到經(jīng)濟宜居城市的系統(tǒng)聚類分析表（表4）。

表4 經(jīng)濟宜居城市的系統(tǒng)聚類分析表

第一層次：鄭州是河南省的省會城市，也是中原城市群的核心城市，其在經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)、設施等多個方面在省內(nèi)遙遙領先，是河南省最宜居的城市［12］，但其人均道路面積、建成區(qū)綠化覆蓋率等指標仍存在不足，需要在今后的城市建設中進行重點關注。

第二層次：進一步細分為以洛陽、新鄉(xiāng)為代表經(jīng)濟性較好的城市，以信陽、鶴壁為代表宜居性較好的城市。在這些城市中，應當注意加強城市經(jīng)濟性與宜居性的協(xié)調發(fā)展，在注重社會經(jīng)濟進步的同時，更要注重生態(tài)環(huán)境建設。［13］

第三層次：該層次中城市的經(jīng)濟性較差或宜居性較差，即一般存在經(jīng)濟發(fā)展較弱、生態(tài)環(huán)境較差、產(chǎn)業(yè)結構不合理、基礎設施不完善等問題。在這些城市中，應當將發(fā)展經(jīng)濟水平、保護生態(tài)環(huán)境、調整產(chǎn)業(yè)結構、完善基礎設施作為工作重心，并從城市發(fā)展戰(zhàn)略、城市總體規(guī)劃等方面進行適當調整，以適應新時代生態(tài)文明城市建設的要求。

四、結論與建議

構建經(jīng)濟宜居城市是城市可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，針對經(jīng)濟宜居城市在社會發(fā)展中的表征，本研究進行探討并獲得了以下主要結論：構建了城市經(jīng)濟性與宜居性評價指標體系；明確了主成分分析和系統(tǒng)聚類分析法在經(jīng)濟宜居城市中的可行性；驗證了該方法在河南省地級市實證分析中的有效性。

本研究在評價指標的廣度、空間與時間的跨度中存在不足，在后續(xù)研究中應當進一步豐富評價指標體系，并從空間與時間的跨度上進行突破，以獲得更豐富的研究結果。