基于層次分析法和熵權(quán)法的糧食系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型

許貝恒 董宇軒 顧展豪

摘要：在世界快速發(fā)展下，糧食系統(tǒng)已有很大發(fā)展，但是糧食體系當(dāng)下的狀態(tài)并不盡如人意，發(fā)展可持續(xù)性迫在眉睫。為了使各國(guó)或地區(qū)對(duì)自己的糧食系統(tǒng)有一個(gè)全面而又明確的認(rèn)識(shí)和衡量，我們從每個(gè)收入群體中選取5個(gè)具有代表性的國(guó)家，共構(gòu)建了20個(gè)國(guó)家的樣本。我們將層次分析法（AHP）和熵權(quán)法（EWM）相結(jié)合，構(gòu)建了糧食系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型。當(dāng)我們選擇20個(gè)發(fā)展水平不同的國(guó)家進(jìn)行分析時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它們?cè)谌齻€(gè)頂級(jí)指標(biāo)上的差異比在目標(biāo)水平上的差異要大得多。

關(guān)鍵詞：糧食體系；層次分析法；熵權(quán)法

1. 背景

在世界各國(guó)的共同努力下，一個(gè)傳承了幾個(gè)世紀(jì)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的全球糧食體系已經(jīng)構(gòu)建起來(lái)。代表聯(lián)合國(guó)世界糧食安全委員會(huì)（CFS）科學(xué)-政策界面的高級(jí)別專家小組（HLPE）將糧食系統(tǒng)定義為包括與糧食生產(chǎn)、加工、分配、準(zhǔn)備和消費(fèi)相關(guān)的所有要素和活動(dòng)，用于其治理的市場(chǎng)和機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以及這些活動(dòng)的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成果（HLPE，2017）。

當(dāng)前全球糧食系統(tǒng)取得了重大成就。2007-2017年，農(nóng)業(yè)增加值在10年內(nèi)從1.94萬(wàn)億美元增長(zhǎng)到3.324萬(wàn)億美元，谷物產(chǎn)量在10年內(nèi)增長(zhǎng)27.3%。但同時(shí)，這一制度的弊端也非常明顯。它的重點(diǎn)在于效率和盈利能力，即使是以犧牲社會(huì)公平和生態(tài)可持續(xù)性為代價(jià)。當(dāng)前的糧食體系并不像我們想象的那樣穩(wěn)定，因此構(gòu)建可持續(xù)的糧食體系迫在眉睫。可持續(xù)性意味著在不損害子孫后代滿足自身需求的能力的情況下，滿足我們的需求。除了自然資源，我們還需要社會(huì)和經(jīng)濟(jì)資源。在大多數(shù)可持續(xù)發(fā)展的定義中，我們也發(fā)現(xiàn)了對(duì)社會(huì)公平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的擔(dān)憂。

2. 食品系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型

2.1指標(biāo)選擇

今天，盡管我們的糧食系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是相當(dāng)有生產(chǎn)力的，但對(duì)社會(huì)和生態(tài)方面的關(guān)注卻很少，因此造成了相當(dāng)大的破壞。毫無(wú)疑問(wèn)，在經(jīng)濟(jì)效益（效率和盈利）、社會(huì)效益（公平）和生態(tài)效益（可持續(xù)性）之間保持平衡是至關(guān)重要的。因此，我們構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型包含了上述三個(gè)因素。為保證模型的準(zhǔn)確性和明確性，將模型分為目標(biāo)層A、頂層指標(biāo)B和子指標(biāo)C三個(gè)層次，進(jìn)一步選取既便于獲取又便于比較的指標(biāo)，從不同角度反映一個(gè)區(qū)域的食物系統(tǒng)。最后，將11個(gè)子指標(biāo)分為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)三大類，構(gòu)建了食物系統(tǒng)的三級(jí)評(píng)價(jià)模型。

（1）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)FSEI1

谷物產(chǎn)量（千克/公頃）：以每公頃收獲的土地千克為單位。它反映了農(nóng)業(yè)單位生產(chǎn)能力。糧食產(chǎn)量高（千克/公頃），表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益很大。

物流績(jī)效指數(shù)：它反映了與貿(mào)易和運(yùn)輸相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量。如果物流績(jī)效指數(shù)很高，那么這個(gè)地區(qū)的食品運(yùn)輸，無(wú)論是進(jìn)口、出口還是在本國(guó)幾乎不流通，都是相當(dāng)高效的。

農(nóng)業(yè)人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值：是指一個(gè)部門(mén)的凈產(chǎn)出加上全部產(chǎn)出減去中間投入后的平均數(shù)，反映了一個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。農(nóng)業(yè)人均GDP越高，區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)盈利能力越強(qiáng)。

（2）社會(huì)指標(biāo)FSEI2

人均糧食產(chǎn)量（KG）：指的是一國(guó)的平均糧食產(chǎn)量，反映了理論上個(gè)人獲得糧食的可獲得性。人均糧食產(chǎn)量的高水平表明，這個(gè)國(guó)家的人們更有可能（盡管不一定）有足夠的糧食。

嚴(yán)重糧食不安全的流行率：指生活在被歸類為嚴(yán)重糧食不安全的家庭中的人口所占的百分比。如果一個(gè)家庭中至少有一個(gè)成年人報(bào)告說(shuō)，在一年中的某些時(shí)候接觸到了FIE問(wèn)題中描述的幾種最嚴(yán)重的經(jīng)歷，那么這個(gè)家庭就被歸類為嚴(yán)重的糧食不安全。指標(biāo)越高，情況就越糟糕。

營(yíng)養(yǎng)不良患病率（占人口百分比）：指低于膳食能量消耗最低水平的人口，指的是食物攝入量不足以持續(xù)滿足膳食能量需求的人口所占的百分比。這一指標(biāo)的高水平表明，該國(guó)人民更有可能遭受營(yíng)養(yǎng)不良之苦。

中學(xué)入學(xué)率（占總?cè)藬?shù)的%）：指不分年齡的中學(xué)招生總數(shù)對(duì)該年齡段人口的影響，反映了本地區(qū)的教育水平。該指標(biāo)越高，該地區(qū)的受教育程度通常就越高。

農(nóng)業(yè)人口相對(duì)收入水平：指農(nóng)村人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值與全國(guó)人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值之比，反映了糧食系統(tǒng)勞動(dòng)者受到的待遇。水平越高，他們得到的待遇就越好。

（3）生態(tài)指標(biāo)FSEI3

耕地面積比例：耕地包括短期農(nóng)作物用地（種植兩熟作物只計(jì)算一次）、短期割草或放牧用地、菜園和私家菜園、臨時(shí)休閑用地。不包括因改變耕作方式而休耕的土地。這一指標(biāo)反映了一定地區(qū)農(nóng)業(yè)擴(kuò)張的速度。指標(biāo)越高，反映出農(nóng)業(yè)擴(kuò)張?jiān)娇欤瑢?duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響越大，生態(tài)可持續(xù)性越差。

人均二氧化碳排放量：指該地區(qū)的人均二氧化碳排放量。它們包括固體、液體和氣體燃料以及天然氣燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳。它是反映一個(gè)地區(qū)自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的重要指標(biāo)。一個(gè)地區(qū)的人均二氧化碳排放量越高，該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)就越脆弱，可持續(xù)性就越差。

含氮量：土壤含氮量是指該地區(qū)土壤中氮素的比例，反映了該地區(qū)土地的健康程度和集約化程度。當(dāng)土壤含氮量高于一定值時(shí)，反映出該地區(qū)土壤集約化程度過(guò)高，可持續(xù)性變差。

2.2 數(shù)據(jù)規(guī)范化

選擇用來(lái)評(píng)估這些指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)自各種數(shù)據(jù)庫(kù)，包括世界銀行。值得注意的是，如果沒(méi)有特定地區(qū)的數(shù)據(jù)，我們不會(huì)為了獲得最準(zhǔn)確的結(jié)果而評(píng)估該地區(qū)的食物系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)深思熟慮，根據(jù)世界銀行的說(shuō)法，我們將世界上所有的國(guó)家按收入分為四類：高收入、中等收入、中低收入和低收入。我們從每個(gè)收入群體中選取5個(gè)具有代表性的國(guó)家，共構(gòu)建了20個(gè)國(guó)家的樣本。值得注意的是，評(píng)價(jià)指標(biāo)既有正負(fù)指標(biāo)，也有正負(fù)指標(biāo)，大多數(shù)指標(biāo)在維度上存在差異，我們采用以下歸一化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。

在對(duì)我們所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)它們可以分為兩類。符號(hào)+表示對(duì)于指標(biāo)而言，越高越好。同樣，符號(hào)？表示越低越好。

2.3 權(quán)重測(cè)定

指標(biāo)權(quán)重的確定至關(guān)重要，直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。熵權(quán)法（EWM）是一種客觀賦權(quán)方法。為此，我們利用該方法來(lái)確定指標(biāo)的權(quán)重。

首先，我們將第i個(gè)國(guó)家第j個(gè)指標(biāo)除以所有國(guó)家第j個(gè)指標(biāo)的加總之和，計(jì)算得出第i個(gè)國(guó)家該指標(biāo)的權(quán)重。

根據(jù)信息論領(lǐng)域中的自信息和熵的概念，可以計(jì)算出每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵ej ，即用每個(gè)國(guó)家該指標(biāo)的權(quán)重乘以權(quán)重的自然對(duì)數(shù)并相加，最后乘以乘數(shù)k，其中k=1/log（n）且n=20。

接下來(lái)，我們將1減去信息熵得到變異系數(shù)gj 。

最后，用每一個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)除以所有指標(biāo)變異系數(shù)的加總，進(jìn)一步計(jì)算得到前面定義的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重Wj 。

在確定每個(gè)子指標(biāo)的權(quán)重后，我們將每個(gè)子指標(biāo)加權(quán)并求和，得到三個(gè)頂級(jí)指標(biāo)的得分：

其中m等于每個(gè)指示器的子指示器的數(shù)目。

其次，在征求專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，考慮到當(dāng)前形勢(shì)的緊迫性，運(yùn)用層次分析法計(jì)算出權(quán)重。

3. 結(jié)論

當(dāng)我們選擇20個(gè)發(fā)展水平不同的國(guó)家進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們?cè)谌齻€(gè)頂級(jí)指標(biāo)上的差異比在目標(biāo)水平上的差異要大得多。如圖1所示，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，發(fā)展水平相當(dāng)?shù)偷膰?guó)家在FSEI1中得分較低，但在FSEI3中得分明顯較高。例如，阿富汗在FSEI1上的得分為0.94，幾乎是德國(guó)的兩倍，后者的得分為0.44。然而，這兩個(gè)國(guó)家在FSEI1方面相去甚遠(yuǎn)，因?yàn)榘⒏缓沟牡梅种挥?.035分，而德國(guó)的得分為0.47分。至于FSEI2，差別不是很大，但確實(shí)存在發(fā)達(dá)國(guó)家表現(xiàn)好于發(fā)展中國(guó)家的模式。