基于隨機(jī)森林方法的吉林省新型城鎮(zhèn)化水平評價(jià)

王淑影, 張亞男， 程云飛

(長春工業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院， 吉林 長春 130012)

1 研究背景及意義

新型城鎮(zhèn)化作為城鄉(xiāng)之間協(xié)調(diào)互補(bǔ)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，其主要特點(diǎn)是城鄉(xiāng)一體化、生態(tài)文明、產(chǎn)業(yè)良性互動(dòng)、協(xié)調(diào)更好更快的發(fā)展。對于衡量區(qū)域乃至國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說，新型城鎮(zhèn)化不但是重要指標(biāo),還是主要推動(dòng)力。2012年11月，“新型城鎮(zhèn)化”理念在黨的十八大上首次被提出，側(cè)重城鄉(xiāng)一體協(xié)調(diào)發(fā)展，縮小城鄉(xiāng)之間差距，提高新型城鎮(zhèn)化建設(shè)速度；發(fā)改委于2019年4月推出《新型城鎮(zhèn)化建設(shè)重點(diǎn)任務(wù)》，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)戶籍體制深層次改革，以及不同城市之間協(xié)調(diào)發(fā)展的問題,這對于新型城鎮(zhèn)化高水平發(fā)展乃至以后優(yōu)化布局及形態(tài)都有極其深遠(yuǎn)的意義。城鎮(zhèn)不僅在資源配置和資源積累方面表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，而且對國家繁榮、民族復(fù)興以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展都起著不可替代的重要作用。因此，近些年來新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注。

張春燕[1]以湖北省京山市為研究對象，利用耦合度模型研究了旅游業(yè)與新型城鎮(zhèn)化的關(guān)系，考慮將優(yōu)勢傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與旅游產(chǎn)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)融合，以此推動(dòng)新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程更上一層；熊湘輝等[2]提出外部動(dòng)力遠(yuǎn)小于市場動(dòng)力、政府動(dòng)力和內(nèi)源動(dòng)力是中國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程面臨的最嚴(yán)峻的問題;Michaels等[3]提出要影響產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級必須通過城鎮(zhèn)化來實(shí)現(xiàn)新興產(chǎn)業(yè)整合、舊產(chǎn)業(yè)分工重組以及提高技術(shù)水平等問題；Gerald[4]提出小城鎮(zhèn)的城鎮(zhèn)化發(fā)展要“因地制宜”，而且在適宜的發(fā)展模式基礎(chǔ)上注重基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。綜上所述，對于新型城鎮(zhèn)化的研究，國內(nèi)外學(xué)者大都把研究范圍定為全國或地級市，很少對縣級市做針對性研究。此外，在做評價(jià)研究方面，大多數(shù)人都青睞于因子分析、聚類分析及主成分分析的方法，這幾種方法缺乏信息特征。因此，文中立足于吉林省縣級市，從吉林省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市環(huán)境以及生活品質(zhì)三個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，而且使用的隨機(jī)森林方法可以避免帶有主觀性質(zhì)的指標(biāo)賦權(quán)，泛化能力好、調(diào)節(jié)參數(shù)少,可以避免“過擬合”的現(xiàn)象出現(xiàn),準(zhǔn)確度更高。

雖然吉林省近幾年在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中取得了令人矚目的成績，但是跟全國的新型城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相比還相較甚遠(yuǎn)?！爸袊r(nóng)業(yè)大省”作為吉林省長久以來的標(biāo)簽，導(dǎo)致吉林省關(guān)注的焦點(diǎn)一直放在“三農(nóng)”問題上。為了能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)長期穩(wěn)定增長、實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化，并且解決“三農(nóng)”問題，新型城鎮(zhèn)化建設(shè)就成了當(dāng)下首選目標(biāo)。因此，通過定量分析其發(fā)展水平，探尋吉林省新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中存在的問題和區(qū)域差異具有十分重要的意義。

2 隨機(jī)森林方法下的吉林省新型城鎮(zhèn)化水平實(shí)證分析

2.1 數(shù)據(jù)來源及評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

針對吉林省新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平，結(jié)合其發(fā)展現(xiàn)狀和數(shù)據(jù)的可行性。文中從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市環(huán)境以及生活品質(zhì)三個(gè)方面選取16項(xiàng)指標(biāo)對吉林省新型城鎮(zhèn)化進(jìn)行研究，指標(biāo)體系見表1。

表1 吉林省新型城鎮(zhèn)化指標(biāo)體系

注：數(shù)據(jù)來源于2018年吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒[5]。

2.2 隨機(jī)森林方法介紹

隨機(jī)森林是通過自助重抽樣技術(shù)建立一個(gè)樹型分類器的集合，而分類器的集合又是由多棵決策樹構(gòu)成的。這些決策樹之間相互獨(dú)立，由每棵決策樹給出獨(dú)立預(yù)測結(jié)果，最后通過全部決策樹的預(yù)測，用所有決策樹的均值即可得到最終預(yù)測結(jié)果。其步驟可歸納如下：

1)采用重抽樣技術(shù)從原始數(shù)據(jù)集N中隨機(jī)抽取k個(gè)樣本集，以此來構(gòu)成k棵決策樹;

2)在決策樹生長期間會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處隨機(jī)選取m個(gè)特征，這m個(gè)特征均來自于變量個(gè)數(shù)M,且m小于M。然后再從m個(gè)特征中挑選出一個(gè)特征進(jìn)行分支生長，循環(huán)該步驟，直到滿足分類停止規(guī)則時(shí)就停止生長;

3)對待預(yù)測數(shù)據(jù)使用已經(jīng)建立好的決策樹分類器進(jìn)行預(yù)測，然后利用決策樹預(yù)測結(jié)果進(jìn)行平均,即可得到回歸結(jié)果。

2.3 吉林省新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平實(shí)證分析

2.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市環(huán)境以及生活品質(zhì)三個(gè)方面選取吉林省39個(gè)縣級市的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，但是由于各個(gè)指標(biāo)的單位不統(tǒng)一，所以需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，

式中：Xi----輸入變量;

Xmin----輸入變量中的最小值;

Xmax----輸入變量中的最大值。

2.3.2 構(gòu)建各評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

考慮到指標(biāo)體系中的數(shù)據(jù)大多都是偏態(tài)分布，而自然斷點(diǎn)分級法剛好是一種根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)值分布規(guī)律分級和分類的統(tǒng)計(jì)方法，能夠使類與類之間的差異變的更加明顯。因此，文中采用自然斷點(diǎn)分級法對數(shù)據(jù)進(jìn)行等級劃分，結(jié)果見表2。

表2 吉林省新型城鎮(zhèn)化指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3.3 基于隨機(jī)森林模型的發(fā)展水平評價(jià)

在吉林省新型城鎮(zhèn)化指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用隨機(jī)生成的方法在各評價(jià)等級中生成100組隨機(jī)樣本，8個(gè)評價(jià)等級共得到800組隨機(jī)樣本，其中600組作為訓(xùn)練樣本，200組作為檢驗(yàn)樣本。繼而創(chuàng)建X1～X16指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)作為模型輸入，1～8評價(jià)等級作為模型輸出的隨機(jī)森林評價(jià)模型。文中采用R軟件模擬，調(diào)用randomForest包里面的randomForest函數(shù)來建立隨機(jī)森林模型。軟件輸出結(jié)果如下：

Call:randomForest(formula = V17 ～ .,data=data,mtry=5,ntree=1000, importance = T, proximity = T)

Type of random forest: regression

Number of trees: 1000

No. of variables tried at each split: 5

Mean of squared residuals: 0.726557

% Var explained: 85.81

其中,V17表示輸出變量，data表示數(shù)據(jù)集名稱，ntree表示隨機(jī)森林模型中決策樹的數(shù)量，mtry表示在決策樹的節(jié)點(diǎn)分支上所選擇的變量個(gè)數(shù)，邏輯參數(shù)importance代表是否計(jì)算各個(gè)變量對模型的貢獻(xiàn)，邏輯參數(shù)proximity表示是否計(jì)算模型的臨近矩陣。由此可知,殘差平方的均值為0.726 557，變量解釋了85.81%的評價(jià)等級，效果較好。吉林省新型城鎮(zhèn)化評價(jià)模型指標(biāo)重要性參數(shù)見表3。

表3 吉林省新型城鎮(zhèn)化評價(jià)模型指標(biāo)重要性參數(shù)

表3中%IncMSE代表精度平均減少值，IncNodePurity代表節(jié)點(diǎn)不純度平均減少值，這兩個(gè)指標(biāo)都是用來說明輸入變量對輸出變量的影響程度，指標(biāo)值越大，影響程度就越大。由表3可知,影響吉林省新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的指標(biāo)差異程度并不是很大，其中影響最大的三個(gè)指標(biāo)分別為：城鎮(zhèn)居民最低生活保障人數(shù)(V11)、居民生活用電量(V15)、地方公共財(cái)政收入(V2)。

隨機(jī)森林模型建好之后，輸入歸一化處理之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)，得出的評價(jià)結(jié)果見表4。

表4 吉林省新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平評價(jià)值

續(xù)表4

由表4可知，延吉市、公主嶺市和梅河口市的新型城鎮(zhèn)化水平都比較高，而通榆縣、靖宇縣、圖們市的新型城鎮(zhèn)化水平就顯得有些差強(qiáng)人意。總的來說，吉林省縣級市的發(fā)展趨勢呈上升和良好的態(tài)勢，但內(nèi)部發(fā)展差異較大，區(qū)域發(fā)展不平衡更為明顯。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

吉林省各地區(qū)新型城鎮(zhèn)化發(fā)展趨勢大致服從以長春市為圓心的圓形趨勢，離圓心越遠(yuǎn)，發(fā)展越落后,吉林省地理位置分布如圖1所示。

從行政等級上來看，各市的發(fā)展優(yōu)于各縣的發(fā)展。從地理特征來看，隸屬于長春市直轄范圍的地區(qū)發(fā)展較好，其次是長春周邊各市、縣。吉林省邊緣地區(qū)發(fā)展較落后，其中東部發(fā)展較西部相比更落后。延吉市、公主嶺市、梅河口市、農(nóng)安縣名列前茅，除延吉市外，他們都隸屬于長春市或在其周邊，即在整個(gè)吉林省的中心地帶，因此在綜合競爭力及發(fā)展趨勢方面都比其他地區(qū)有優(yōu)勢。

市、縣的發(fā)展差異較為顯著,在所有地區(qū)中，共有20個(gè)市，19個(gè)縣。評價(jià)值大于4的地區(qū)共有11個(gè)，4個(gè)縣名列其中；而評價(jià)值小于4的地區(qū)有28個(gè)，里面卻包含13個(gè)市。這說明吉林省各市、縣的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展不協(xié)調(diào)。

延吉市憑借自身地理位置及自身優(yōu)勢位列第一。雖然排在第一位的延吉市不隸屬于省會(huì)城市長春市，但是結(jié)合其自身發(fā)展情況來看，延吉市位列第一也是意料之中。首先，延吉市具有明顯的地理和文化優(yōu)勢。它位于東北亞經(jīng)濟(jì)圈的腹地，在縣域經(jīng)濟(jì)方面的實(shí)力大家也是有目共睹的，多次排名吉林省第一。其次，延吉市在綜合實(shí)力、科技創(chuàng)新、新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量以及營商環(huán)境等方面均取得了不錯(cuò)的成績。

3.2 建議

每個(gè)地區(qū)的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平不同，經(jīng)濟(jì)實(shí)力也有較大差別，自然不能用一套政策去要求所有地區(qū)。所以,各地區(qū)政府要依據(jù)本地目前的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平，結(jié)合其獨(dú)有的地理優(yōu)勢和文化背景，制定適合本地區(qū)的發(fā)展政策。以每個(gè)地區(qū)獨(dú)有的優(yōu)勢為依托，吸引大量資金涌入，提高新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。

吉林省作為全國農(nóng)業(yè)高水平發(fā)展地區(qū)，必須優(yōu)化自己的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。要做到因地制宜，合理利用氣候、土壤等自然環(huán)境條件，發(fā)展有名、優(yōu)秀、新型、特別的農(nóng)副產(chǎn)品。只有當(dāng)下先實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，以后才能為新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善供水和供氣設(shè)施,政府要優(yōu)化水資源配置，加強(qiáng)水源地的保護(hù)。企業(yè)應(yīng)提高污水處理率，積極促進(jìn)污水循環(huán)再利用，實(shí)現(xiàn)工業(yè)循環(huán)用水。要合理利用地表水和地下水資源，農(nóng)村和社區(qū)都應(yīng)該完善水管輸配和二次供水體系，使供水能力大大提高。要堅(jiān)持天然氣家家入戶的理念，完善農(nóng)村和社區(qū)的供氣設(shè)施，保障用戶安全，逐漸提高人民生活水平和品質(zhì)。