基于聚類分析和主成分分析的河南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟評價研究

胡井軍 薛夢瑤

摘要：使用聚類分析法和主成分分析法，將河南省18個市依照9個指標分為3個農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展類別，即農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展領(lǐng)先區(qū)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中等區(qū)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展相對落后區(qū);分析各類別的主要指標數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)之間存在較大的差異。選取了影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平的3個主成分，并計算各指標的權(quán)重，得出農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的綜合得分模型，最后針對性地提出各類地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的決策與建議，為推動河南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：聚類分析;主成分分析;農(nóng)業(yè)經(jīng)濟;河南省

中圖分類號：F30 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）10-0214-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.10.048 ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Using cluster analysis and principal component analysis， 18 cities in Henan province were divided into 3 agricultural economic development categories according to 9 indicators， namely， leading agricultural economic development area， middle agricultural economic development area and relatively backward agricultural economic development area. The main indicator data of each category is analyzed， and the results show that there are large differences among regions. Three principal components that affect the level of agricultural economic development are selected， and the weights of various indicators are calculated to obtain the comprehensive scoring model for agricultural economic development. Finally， decisions and suggestions for various areas of agricultural economic development are targeted to promote Henan provide reference for the development of agricultural economy.

Key words： cluster analysis; principal component analysis; agricultural economy; Henan province

2019年3月8日，習近平總書記在參加十三屆全國人大二次會議河南代表團審議時指出，河南省是中國的農(nóng)業(yè)大省，要把實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、做好“三農(nóng)”工作放在經(jīng)濟社會發(fā)展全局中統(tǒng)籌謀劃和推進。河南省位于中國中部，下轄有17個地級市和1個省直管市;地屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風氣候，全省的氣溫、 降水、 日照等條件適宜多種農(nóng)作物的生長。2018年，河南省的糧食產(chǎn)量高達6 649萬t，是中國糧食總產(chǎn)量的1/10。然而，河南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展仍存在著區(qū)域發(fā)展不均衡、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟差異大等問題。據(jù)統(tǒng)計，2017年焦作市單位面積糧食產(chǎn)量為7 330 kg/hm2，而洛陽市的單位面積糧食產(chǎn)量僅為4 450 kg/hm2;漯河市和周口市實際耕地灌溉面積占總耕地面積的100%，而平頂山市只有52%。區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展差異較大[1]、發(fā)展不均衡等問題始終制約著河南省的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。為了全面了解河南省各市的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展狀況，探索河南省各市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的差異化發(fā)展之路，本研究采用聚類分析法和主成分分析法對河南省18個市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平開展評價研究。

1 ?研究方法與評價指標

1.1 ?研究方法

本研究主要使用聚類分析和主成分分析對數(shù)據(jù)進行評價。聚類分析是按照樣本數(shù)據(jù)之間的相似性，選擇一定的規(guī)則，將樣本分為幾個類別，使得類別內(nèi)部相似性高而各類別之間具有很高的差異性，包括系統(tǒng)聚類法、有序樣品聚類法、動態(tài)聚類法和模糊聚類法等[2]，本研究使用的是系統(tǒng)聚類法。主成分分析法是對數(shù)據(jù)進行降維操作[3]，其主要思想是將原始指標按其相關(guān)性的高低排序，從中篩選出排名靠前的幾個指標作為新的變量。本研究使用的軟件工具為SPSS。

1.2 ?評價指標

河南省作為農(nóng)業(yè)大省，其農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展影響著全省GDP的增長，關(guān)系著人民生活最基本的保障。依據(jù)各地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展狀況對河南省各市進行分類總結(jié)，本研究采用9個指標進行分類（表1）。指標的選擇依據(jù)數(shù)據(jù)的可收集性、易操作性、準確性、及時性等原則，從而保證結(jié)果的可信度。

2 ?數(shù)據(jù)來源與預處理

2.1 ?數(shù)據(jù)來源

本研究的原始數(shù)據(jù)來自于《河南統(tǒng)計年鑒2018》，數(shù)據(jù)采集及時、權(quán)威、有代表性，從而保證了本研究的結(jié)果質(zhì)量。

2.2 ?數(shù)據(jù)預處理

將原始數(shù)據(jù)進行一定的四則運算后得到本研究所要使用的各個指標數(shù)據(jù)。由于10個指標之間的單位不同，如農(nóng)村居民家庭人均可支配收入以元為單位，單位面積糧食產(chǎn)量以kg/hm2為單位，而實際灌溉面積占總耕地面積比例取值范圍為（0，1）之間， 明顯不能一概而論。因此本研究在做分析之前，要先對數(shù)據(jù)進行標準化處理。采用“Z-score標準化”方法，通過對原始數(shù)據(jù)的均值和標準差進行處理，使結(jié)果數(shù)據(jù)的均值等于0，標準差等于1，也就是數(shù)據(jù)呈標準正態(tài)分布，公式為最終數(shù)據(jù)=（原始數(shù)據(jù)-均值）/標準差[4]。

3 ?實證分析

3.1 ?系統(tǒng)聚類分析

本研究使用SPSS對標準化后的數(shù)據(jù)進行聚類分析，使用系統(tǒng)聚類的平均聯(lián)接法，最終得到河南省各市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟聚類分析的譜系圖（圖1）。

從圖1的樹狀圖可以看出，將河南省18個市分為了三大類。第一類包括鄭州市、開封市、安陽市、鶴壁市、新鄉(xiāng)市、焦作市、濮陽市、許昌市、漯河市、商丘市、周口市、駐馬店市和濟源市共13個。第二類包括洛陽市、平頂山市、三門峽市共3個。第三類包括南陽市和信陽市。

對每一類數(shù)據(jù)進行簡單的算術(shù)平均（表2）。

根據(jù)表2將第三類別的2個市劃為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展領(lǐng)先區(qū);第一類別的13個市劃為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中等區(qū);第二類別的3個市劃為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展相對落后區(qū)。

3.2 ?主成分分析

由于本研究所選取的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展指標體系范圍廣、數(shù)量多，所對應的數(shù)據(jù)構(gòu)成了多元數(shù)據(jù)[5]，且指標之間存在著一定的重疊。為了更加全面綜合地展示各地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展狀況，本研究使用主成分分析法對指標數(shù)據(jù)進行降維處理，旋轉(zhuǎn)方法采用凱撒正態(tài)化最大方差法，迭代次數(shù)最大值選擇25。各指標之間的相關(guān)性矩陣見表3。

由表3可看出，個別指標之間存在較強的相關(guān)性，也就是指標之間存在著一定重疊。例如機電井數(shù)量與第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)之間的相關(guān)性達到了0.659;實際灌溉面積占耕地面積的比例與單位面積產(chǎn)量之間也存在著一定的錯位。

由表4可看出，當?shù)?個成分累積值為69.887%時，且前3個主成分的特征根大于1[6]，本實驗認為已滿足一定的貢獻率，所以選擇前3個指標作為第一主成分。表5中的指標系數(shù)表明，實際耕地灌溉面積占總耕地面積的比例、單位面積糧食產(chǎn)量和單位耕地面積占用的農(nóng)業(yè)機械總動力3個指標在第一主成分上存在較高的載荷[7]。第二主成分主要代表的是機電井數(shù)量、水庫數(shù)量和單位耕地面積平均農(nóng)用塑料薄膜使用量的信息。第三主成分反映的是農(nóng)村居民家庭人均可支配收入、第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)和單位耕地面積平均化肥使用量的信息。接下來利用Excel進行權(quán)重的計算，解得各指標的綜合得分系數(shù)。對其進行歸一化處理，得出各指標的權(quán)重分別為0.207、0.261、0.128、-0.118、-0.031、0.140、0.154、0.085、0.175。

根據(jù)權(quán)重建立綜合得分模型[8]

Y=0.207C1+0.261C2+0.128C3-0.118C4-0.031C5+0.140C6+0.154C7+0.085C8+0.175C9

計算出各市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平的綜合得分并進行排名（表6）。

根據(jù)排名結(jié)果分析，南陽市和信陽市排名最高，濟源市排名最低，且綜合得分為負數(shù)，與聚類分析結(jié)果存在一定的差異，這是由于算法本身缺陷導致的。根據(jù)主成分分析和聚類分析的綜合結(jié)果以及實際情況，本研究將南陽市、信陽市、許昌市、駐馬店市和安陽市劃為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展領(lǐng)先區(qū);將漯河市、商丘市、周口市、濮陽市、新鄉(xiāng)市、開封市、焦作市、鄭州市和平頂山市劃為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中等區(qū);將三門峽市、鶴壁市、洛陽市、濟源市劃為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展相對落后區(qū)。

4 ?河南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的差異化之路

由主成分分析和聚類分析的綜合結(jié)果，本研究將河南省各地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平分為3個類別，各類別之間存在較大的差異，且各地區(qū)的實際情況也不盡相同。所以為了全面發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟，需要走差異化發(fā)展道路。本研究根據(jù)各類別地區(qū)的具體狀況探索出不同的發(fā)展道路，以促進河南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟整體發(fā)展。

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展領(lǐng)先區(qū)包括南陽市、信陽市、許昌市、駐馬店市和安陽市5個市，其農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的水平都高于其他兩類。其中，南陽市農(nóng)業(yè)歷史悠久、水資源豐富、地理環(huán)境優(yōu)越，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供保障，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平最高。駐馬店市的單位耕地面積占用的農(nóng)業(yè)機械總動力位列河南省第一，為1.88 萬kW/千hm2，應該在保持原有投入的基礎(chǔ)上，加大農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的創(chuàng)新性發(fā)展，增加農(nóng)業(yè)科技資金的投入，積極響應國家政策，發(fā)展新型農(nóng)業(yè)。同時，也應向全國各地的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展領(lǐng)先城市學習，根據(jù)自身的實際情況，選取優(yōu)秀策略，促進本地農(nóng)業(yè)的快速、穩(wěn)定發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的跨越式進步。

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中等區(qū)包括漯河市、商丘市、周口市、濮陽市、新鄉(xiāng)市、開封市、焦作市、鄭州市和平頂山市9個市。其中，周口市和漯河市的實際耕地灌溉面積占總耕地面積的100%;濮陽市的單位面積糧食產(chǎn)量遠高于其他市;開封市的單位耕地面積占用的農(nóng)業(yè)機械總動力排名第二，為1.58萬kW/千hm2。該類地區(qū)應融入最新科技，繼續(xù)發(fā)展特色農(nóng)業(yè)，同時改善農(nóng)業(yè)設施。開封市的單位耕地面積化肥使用量高達1 290.60 t/千hm2，新鄉(xiāng)市達到了1 164.42 t/千hm2，化肥使用量嚴重超標，政府和相關(guān)部門應該加大對化肥使用的把控，同時加強科技創(chuàng)新，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展;周口市的實際耕地灌溉面積占總耕地面積的100%，第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)排名第二，但農(nóng)村居民家庭人均可支配收入相對其他市較低，周口市應加大對農(nóng)村居民的就業(yè)扶持和技術(shù)培訓，改善農(nóng)村各行業(yè)就業(yè)人員的比例。

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展相對落后區(qū)包括三門峽市、鶴壁市、洛陽市和濟源市。該類地區(qū)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益都比較落后。其中，三門峽市單位面積的糧食產(chǎn)量為3 984 kg/hm2，僅為焦作市的一半。針對第三類相對落后區(qū)，應全面完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設施，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，同時政府應該加大對此類地區(qū)的資金、技術(shù)和人才扶持力度。

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