基于主成分分析法的西安競爭力評(píng)價(jià)研究

胡吉安，薄亞杰，付坤奧，林沈熙，楊 苗

(1.天津商業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，天津 300134；2.中國石油集團(tuán)測井有限公司制造公司，陜西 西安 710077)

1 問題的提出

20世紀(jì)80年代，國外一些社會(huì)科學(xué)學(xué)者提出關(guān)于城市競爭力的研究。它是關(guān)于城市管理的研究課題，其中包含了城市資源配置管理、三大產(chǎn)業(yè)管理、社會(huì)環(huán)境管理、發(fā)展目標(biāo)規(guī)劃等社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)方面。關(guān)于城市競爭力的研究，主要目標(biāo)是提升一座城市的內(nèi)部、外部的競爭實(shí)力，如提升城市的整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力，提高城市的交流實(shí)力，提升城市科學(xué)教育水平，優(yōu)化城市社會(huì)環(huán)境等等。西安市作為西部地區(qū)最重要的中心城市，肩負(fù)著西部崛起的重要建設(shè)任務(wù)。在如今大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下制定城市發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、提升城市實(shí)力上需要大量的科學(xué)理論的支撐，對(duì)于城市的綜合競爭力的研究意義重大。

國內(nèi)對(duì)于城市競爭力的研究開始時(shí)間不長。郝壽義等[1]、倪鵬飛[2]提出隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使城市在中國和相關(guān)地區(qū)發(fā)展中的地位逐日提高，也使中國城市競爭力研究成為今后中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究中一項(xiàng)有著重大意義的課題。周玉波[3]從宏觀層面研究了環(huán)境、資源、能力、核心競爭力4個(gè)方面對(duì)中國相關(guān)城市競爭力的影響。王先柱等[4]從時(shí)空2維度通過實(shí)證分析，研究了中國35個(gè)大中城市2000～2015年城市競爭力與房地產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展水平的協(xié)同發(fā)展情況。

于濤方[5]詳細(xì)分析了20世紀(jì)80年代以來國外城市競爭力研究的歷史進(jìn)程,其包括研究創(chuàng)新點(diǎn)的變化、領(lǐng)域分布。劉莉芳[6]研究了國內(nèi)外城市競爭力研究的現(xiàn)狀與評(píng)價(jià)體系內(nèi)涵，提出了提升城市競爭力的途徑。羅濤等[7]系統(tǒng)地從城市競爭力的含義、影響因素、相關(guān)評(píng)價(jià)模型，對(duì)國內(nèi)外城市競爭力研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

在相關(guān)城市競爭力研究評(píng)價(jià)方法上，汪婧[8]利用熵權(quán)賦權(quán)和線性加權(quán)法，構(gòu)建國際消費(fèi)中心城市競爭力綜合評(píng)價(jià)體系對(duì)全國36個(gè)城市開展實(shí)證測評(píng)。來園莉[9]使用SAS軟件選取了19個(gè)指標(biāo)對(duì)2003～2007年武漢城市競爭力進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明今后幾年里武漢市的綜合競爭力還將繼續(xù)加強(qiáng)，對(duì)武漢的經(jīng)濟(jì)前景充滿信心。景志慧等[10]、張文平等[11]、張艷清[12]都選取相應(yīng)的城市評(píng)價(jià)指標(biāo)并利用主成分分析法建模分析了我國各個(gè)地區(qū)、省市間的城市競爭力大小水平，結(jié)果表明各個(gè)城市都有競爭力發(fā)展不平衡的方面，但是都有很好的發(fā)展前景。方銳[13]采用指標(biāo)均值法對(duì)主成分分析法進(jìn)行改進(jìn)，更有效地對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了均值處理，從而得出更優(yōu)城市競爭力分析。

城市競爭力研究在學(xué)者的持續(xù)努力下不斷地豐富，陳文俊等[14]使用模糊數(shù)學(xué)對(duì)中國中西部省會(huì)城市生態(tài)競爭力比較，任子君[15]使用層次分析法對(duì)合肥城市生態(tài)競爭力進(jìn)行研究。

2 指標(biāo)的選取

本文選擇的城市競爭力影響指標(biāo)有：經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力、城市交流實(shí)力、科研實(shí)力、社會(huì)環(huán)境綜合實(shí)力四類。綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力，選取了包含西安市生產(chǎn)總值、人均GDP、社會(huì)消費(fèi)品零售總額等5個(gè)指標(biāo)；城市交流實(shí)力，其中包含進(jìn)出口總值、西安市外商投資總額等4個(gè)指標(biāo)，西安市作為世界著名的旅游城市，旅游業(yè)相關(guān)指標(biāo)也能夠反映出西安市的對(duì)外交流實(shí)力；科教實(shí)力，本文選取了普通高等教育在校人數(shù)、普通高等教育專職教師人數(shù)、普通高等院校個(gè)數(shù)3個(gè)指標(biāo)來反映相應(yīng)方面的城市競爭力情況；社會(huì)環(huán)境綜合實(shí)力，主要是從西安市的市民社會(huì)生活狀況、基礎(chǔ)設(shè)施情況等方面來反映該城市競爭力大小，文章選取了園林綠地面積、城市公共運(yùn)營車輛數(shù)量、地方財(cái)政收入與支出、第三產(chǎn)業(yè)占比5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

并且從陜西統(tǒng)計(jì)年鑒[16]中選取了西安市2012～2018年的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，運(yùn)用相關(guān)方法對(duì)其西安競爭力的情況進(jìn)行分析，對(duì)于西安市競爭力研究選取的指標(biāo)為相對(duì)指標(biāo)或人均指標(biāo)，并且考慮到了各個(gè)指標(biāo)之間相關(guān)性等問題，一共選取了17個(gè)指標(biāo)詳見表1。

表1 西安城市綜合競爭力分析指標(biāo)體系

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)前期處理

第一步，通過查詢2012～2018年西安統(tǒng)計(jì)年鑒搜集有關(guān)城市分析競爭力指標(biāo)的數(shù)據(jù)并錄入SPSS。由于各個(gè)指標(biāo)可能存在單位、數(shù)量級(jí)不同的情況，為使各個(gè)指標(biāo)間具有可比性能夠進(jìn)行分析，所以通過軟件對(duì)選取到的17個(gè)指標(biāo)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

第二步，使用SPSS得出相關(guān)系數(shù)矩陣研究各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)因子分析得出累計(jì)方差貢獻(xiàn)率來提取出主成分。通過分析可以清晰地看出各項(xiàng)指標(biāo)之間具有較強(qiáng)相關(guān)性，例如：GDP總值、旅游總收入、在校老師人數(shù)、財(cái)政支出總值、第三產(chǎn)業(yè)占比這些代表性指標(biāo)間的相關(guān)性很強(qiáng)(相關(guān)系數(shù)較大非常接近于1)。

對(duì)統(tǒng)計(jì)的4個(gè)方面原始數(shù)據(jù)中代表性比較強(qiáng)的幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)系數(shù)矩陣的計(jì)算，結(jié)果詳見表2。

從數(shù)據(jù)前期處理中可以得出各指標(biāo)信息之間存在多余重復(fù)，科學(xué)地證明了此次西安市競爭力分析適合選用主成分分析法。

3.2 主成分分析

主成分分析是一種利用代數(shù)中降維思路的分析方法,其優(yōu)點(diǎn)是能夠有效減少分析變量中多余的指標(biāo)同時(shí)不影響數(shù)據(jù)的完整性，在此基礎(chǔ)上對(duì)綜合指標(biāo)按照一定的評(píng)分規(guī)則進(jìn)行分類，通過降維成低階成分依然能夠保留住數(shù)據(jù)最重要的部分，得出幾個(gè)主成分來盡可能減少指標(biāo)的數(shù)量，最后通過構(gòu)建主成分的得分模型來達(dá)到統(tǒng)計(jì)分析的目的。

同時(shí)主成分分析析法可以解決選取單一方面的指標(biāo)不能完整反映城市競爭力水平的問題，由于本文選取的西安市綜合競爭力的影響指標(biāo)數(shù)量達(dá)17個(gè)數(shù)量很多，所以通過主成分分析法可以科學(xué)地減少指標(biāo)變量個(gè)數(shù)，并且還能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到對(duì)西安市綜合競爭力的科學(xué)分析。

3.2.1 主成分的提取

對(duì)選取的17個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，并繪制相關(guān)圖、表：即分析碎石圖(如圖1)和主成分特征根和貢獻(xiàn)率情況詳見表3。

表2 相關(guān)系數(shù)結(jié)果一覽

由碎石圖(圖1)第一個(gè)特征值為14.082點(diǎn)在頂點(diǎn)處，而第二個(gè)特征值為1.556處于拐點(diǎn)，表明碎石圖中從第二個(gè)點(diǎn)開始其他15個(gè)特征值點(diǎn)都接近0，圖中折線總體趨勢開始趨于平緩。第一個(gè)特征值和第二個(gè)特征值都大于1，兩點(diǎn)在圖中位置明顯高于其他15個(gè)點(diǎn)，所以分析應(yīng)該抽取2個(gè)因子作為主成分。如表3，由于前2個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到了91.989%，故需要提取前2個(gè)主成分。表明前兩個(gè)主成分可以代表最開始選取的17個(gè)指標(biāo)來分析西安市綜合競爭力的發(fā)展水平，最終提取出兩個(gè)主成分，分別記為F1、F2。

圖1 主成分分析碎石

3.2.2 相關(guān)性分析

因子載荷矩陣詳見表4，其中財(cái)政支出、人均GDP、西安市外商投資總額、社會(huì)消費(fèi)品零售總額、GDP、進(jìn)出口總值、旅游人數(shù)、在校老師人數(shù)、園林綠地面積、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值、旅游總收入、財(cái)政收入、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、固定資產(chǎn)投資額在第一主成分上具有很高的載荷，可見各指標(biāo)間的相關(guān)性很強(qiáng)，并且集中反映了生產(chǎn)總值(GDP)；同時(shí)第二主成分主要反映西安市人均GDP水平，其中指標(biāo)在校學(xué)生人數(shù)，它在第二主成分上有較高的載荷相關(guān)性高，能夠反映出西安市科教發(fā)展水平與人均GDP發(fā)展水平具有較強(qiáng)相關(guān)性。

3.2.3 成分得分情況分析

SPSS軟件分析結(jié)果中的成分得分系數(shù)矩陣詳見表5，其中列出了2個(gè)主成分的特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量，也就是主成分解析表達(dá)式中標(biāo)準(zhǔn)化變量(ZX)前各自的系數(shù)數(shù)值主成分F1，F(xiàn)2各自的解析表達(dá)式如下：

表3 主成分特征根和貢獻(xiàn)率結(jié)果一覽

表4 因子載荷矩陣

F1=0.070ZX1+0.071ZX2+0.070ZX3

+0.067ZX4+0.063ZX5+0.069ZX6

+0.070ZX7+0.069ZX8+0.066ZX9

+0.049ZX10+0.047ZX11+0.068ZX12

+0.068ZX13+0.042ZX14+0.065ZX15

+0.071ZX16+0.064ZX17

F2=-0.098ZX1-0.017ZX2-0.013ZX3

-0.149ZX4+0.070ZX5+0.025ZX6

-0.072ZX7-0.141ZX8-0.227ZX9

+0.437ZX10+0.349ZX11+0.108ZX12

-0.115ZX13-0.362ZX14+0.239ZX15

+0.033ZX16+0.044ZX17

同時(shí)也可以將各主成分相應(yīng)年份的因子得分(FAC)乘以相應(yīng)方差數(shù)值的算術(shù)平方根計(jì)算出主成分F1、F2的得分。

最后通過主成分得分F1、F2計(jì)算出2012～2018各年的競爭力綜合得分(記為：F)，總得分的計(jì)算方法是以各個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)對(duì)主成分得分進(jìn)行加權(quán)平均。

即：F=(82.836×F1得分+9.153×F2得分)/91.989，最終求得2012～2018年西安城市競爭力綜合得分并對(duì)其進(jìn)行排名。

3.2.4 綜合競爭力得分情況

由表6綜合得分及排名情況可見：2012～2018年西安城市競爭力綜合得分總體上一直呈上漲趨勢，同時(shí)在2012～2014年、2016～2018年開始西安城市競爭力綜合得分增長幅度較大都在2左右(2013年同2012年相比得分增加2.681，2014年同2013年相比得分增加1.927，2017年同2016年相比得分增加2.043，2018年同2017年相比得分增加較上一個(gè)年度持穩(wěn)為2.161)，在2012以及2016年之后從西安綜合得分變化增加程度可以看出西安市發(fā)展進(jìn)入了2個(gè)加速的階段。

表5 成份得分系數(shù)矩陣

表6 綜合競爭力得分及排名情況

4 結(jié)論

上述西安城市競爭力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在西安市近7年的競爭力發(fā)展過程中，2013、2017年有大幅度發(fā)展，其提升綜合得分增幅都在2以上，與此同時(shí)在2012～2018年間西安城市競爭力發(fā)展一直穩(wěn)步向前。綜上得到以下結(jié)論：

(1)西安城市競爭力穩(wěn)步增強(qiáng)。2016～2018西安城市綜合競爭力得分從0.762快速增加到了5.698，其中綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力得分從0.223增加到3.327、城市交流實(shí)力得分從0.208增加到3.455，兩項(xiàng)得分3年間增長都在3分左右,表明西安市經(jīng)濟(jì)與對(duì)外交流實(shí)力發(fā)展在近幾年發(fā)展迅速，較前兩項(xiàng)指標(biāo)的發(fā)展，科教實(shí)力在幾次高等教育擴(kuò)招后，近幾年大學(xué)數(shù)量與學(xué)生人數(shù)趨于穩(wěn)定，但是教師的數(shù)量變化不穩(wěn)定。西北地區(qū)人才流失，地理位置限制等很多因素都影響著西安科教的發(fā)展，在今后的發(fā)展中應(yīng)該著重于科教發(fā)展，加大科教投入，制定相應(yīng)的政策吸引人才。

(2)西安城市競爭力有待提升。2013、2017年城市競爭力增長迅速，2015年城市競爭力發(fā)展相比于其他年份有所放緩，所以需要保證在西安城市競爭力向上發(fā)展的前提下穩(wěn)定發(fā)展速率，同時(shí)從選取的一級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)得分情況來看也出現(xiàn)了同樣的問題。

5 建議

結(jié)合相關(guān)實(shí)證分析得出的結(jié)論，本文提出針對(duì)提升西安城市競爭力的建議：

(1)不斷推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在第一產(chǎn)業(yè)方面，運(yùn)用現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)加快生產(chǎn)，發(fā)揮西安市交通運(yùn)輸?shù)确?wù)行業(yè)發(fā)展優(yōu)勢加快第一產(chǎn)業(yè)向第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，達(dá)到GDP總值增長而占比降低的發(fā)展目標(biāo)。在第二產(chǎn)業(yè)方面，西安市雖然擁有較為完整的工業(yè)門類，但是大型工業(yè)企業(yè)數(shù)量較少導(dǎo)致工業(yè)水平不強(qiáng)。所以西安市應(yīng)該不斷深化經(jīng)濟(jì)體制改革，集中社會(huì)資源優(yōu)化現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，吸引更多的大型企業(yè)來西安建設(shè)發(fā)展、資助扶持本地小型企業(yè)發(fā)展。在第三產(chǎn)業(yè)方面：進(jìn)一步學(xué)習(xí)、借鑒發(fā)達(dá)城市服務(wù)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，不能單一地只發(fā)展傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)，應(yīng)大力推進(jìn)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

(2)發(fā)揮西安自身獨(dú)特優(yōu)勢，加快旅游行業(yè)發(fā)展。2018年旅游相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：西安市旅游總?cè)藬?shù)全國排名第8，旅游總收入排名全國第15位，人均旅游消費(fèi)排名全國第46位，所以在旅游業(yè)發(fā)展上應(yīng)該在結(jié)合西安市優(yōu)越的地理、歷史、文化的優(yōu)勢下，努力打好西安這座歷史古都的旅游招牌[17]。

(3)堅(jiān)持人才引進(jìn)更要留住人才，推動(dòng)軍工與高校、軍民合作。西安市雖然地處中國西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，但是西安高等教育資源豐富，其中高等院校、科研院所數(shù)量眾多，高等院校、研究所重大科研成果產(chǎn)出數(shù)量在全國前列但是成果轉(zhuǎn)化效能能力不足、科研成果水平與城市發(fā)展不協(xié)調(diào)。同時(shí)在西部人才流失嚴(yán)重的問題上，西安市應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大落戶政策、引進(jìn)人才政策的實(shí)施。例如：增加創(chuàng)業(yè)、住房、子女教育、養(yǎng)老等方面的福利來吸引外地高端人才來西安落戶、發(fā)展。西安市的軍工資源優(yōu)勢全國排名第二，軍工資源十分豐厚，同時(shí)西安高水平理工大學(xué)、研究所數(shù)量很多，應(yīng)在此基礎(chǔ)上加大軍工與高校及軍民融合。

(4)進(jìn)一步改善西安市環(huán)境質(zhì)量，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在新時(shí)代西安市成為新國家中心城市后，不僅要加快西安市各領(lǐng)域發(fā)展，而且還需要進(jìn)一步關(guān)注西安市空氣質(zhì)量問題，尤其是西安市霧霾污染問題，每逢秋冬季節(jié)嚴(yán)重的霧霾讓西安市一直排在全國空氣質(zhì)量“黑榜”的前列，因此西安市應(yīng)加速擴(kuò)大園林綠地面積、進(jìn)一步建設(shè)“森林城市”，同時(shí)進(jìn)一步加快秦嶺生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作。