【毕业学位论文】（Word原稿）基于因子分析法的生态城市建设研究——以江苏为例-统计学

南京财经大学本科毕业论文（设计） 1 目 录 摘要 . 1 . 1 一、绪论 . 2 （一）问题的提出 . 2 （二）生态城市的内涵 . 2 （三）生态城市的基本特征 . 2 二、生态城市评价指标体系的构 建以及评价方法的选择 . 3 （一）生态城市评价指标体系的构建 . 3 （二）评价方法 因子分析法 . 4 . 5 验或巴特利特球度检验 . 5 . 5 . 6 三、江苏省实证分析 . 6 （一）数据适用度的检验 . 6 （二）主因子个数和因子载荷矩阵的确定 . 7 （三）构造因子得分模型 . 9 （四）因子得分的计算与排名 . 11 （五）聚类分析 . 11 （六）两类城市的比较 . 13 和检验 . 13 验 . 14 四、结论及对策建议 . 15 南京财经大学本科毕业论文（设计） 2 参考文献 . 17 南京财经大学本科毕业论文（设计） 1 基于因子分析法的生态城市建设研究 以江苏为例 摘要 ：为了更好地建设生态城市，实现经济、环境、社会的可持续发展，本文以江苏省为例，建立了生态城市评价指标体系，试图找出生态城市建设的影响因素。本文搜集并整理了 2010 年江苏省的相关数据，首先运用因子分析法对各指标进行评价，求出各城市的综合得分， 其次运用聚类分析对这 13 个城市进行分类，最后利用非参数统计的方法对不同类别的城市进行比较。结果表明，江苏省各地级市的生态城市建设存在不均衡的现象，建议各类别的城市加强各自在薄弱环节上的建设，以实现生态城市又好又快发展。 关键字： 生态城市 ;指标体系 ;因子分析 ;江苏省 In to an to of as an to to of to of a of by of to 3 to of of is it is of to in to of 京财经大学本科毕业论文（设计） 2 一、绪论 （一）问题的提出 在快速发展的世界工业之下，人类的生产生活得到了诸多方便，但与此同时，全球的环境也受到了很大影响。在城市化发展的过程中，人们不仅需要良好的工作和生活条件，更需要有一个较好的生态环境。生态城市的建设已经日益成为人们的共识，也是各级政府和有关部门需要迫切研究的课题。那么，哪些因素对生态城市建设影响较大，我们又该如何更好地建设生态城市呢？这些都是本次研究要探讨的问题。 （二）生态城市的内涵 根据百度百科的定义，所谓生态城市，即： 社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用，技术 、文化与景观充分融合，人与自然的潜力得到充分发挥，居民身心健康，生态持续和谐的集约型人类聚居地。 目前，对于生态城市的内涵问题，可谓是众说纷纭。赵辉认为生态城市是指在生态建设上做得比较完善的城市，它力求达到一种状态，即充满活力与生机的，人类与大自然之间的和谐发展。牟永铭则进一步强调：生态城市是按照生态学原理建立的，可以实现经济、社会、环境协调发展，以及信息、能量、物质的高效利用的一种理想化的城市形态。 （三）生态城市的基本特征 根据上述各位对生态城市的涵义理解，生态城市的基本特征是显而易见的。蔡刚认为，在环境 方面，生态城市不仅要有较小的环境问题，大面积的城市绿化，合理的生态结构，还要有比较完善的自然资源循环利用体系；在经济方面，生态城市要求有合理的产业结构 ， 还要有先进的生产方式；在社会方面，生态城市要南京财经大学本科毕业论文（设计） 3 求居民拥有踊跃参与环保的热情，有合理的绿色消费方式和良好的环境保护意识。宋言奇认为：“从生态系统角度分析，城市是一个缺陷很大的生态系统。”从结构上看，由于生产者的数量大于消费者，所以自然界的生态系统结构是金字塔型的。恰恰相反的是，城市生态系统却呈倒金字塔型，这是因为生产者的数量少于消费者；从功能角度上看，自然生态系 统凭借其自身的功能就可以实现物质循环，但城市生态系统仅靠自身却难以实现物质循环；从景观角度而言，城市是人工化后的环境，这就造成了一系列的生态问题，如热岛效应、干岛效应等等。基于以上论述，城市必须依赖其他生态系统才能得以维系。 二、生态城市评价指标体系的构建以及评价方法的选择 构建生态城市的评价指标体系是个极其繁琐复杂的过程，想单单靠少数几个指标将“生态城市”这个赋有广阔内涵的概念给涵盖进去几乎是不可能的。因此，为了更全面地诠释“生态城市”这个概念，评价指标的构建与评价方法的选择就显得尤为重要。 （一）生态城 市评价指标体系的构建 笔者在阅读大量相关文献后，将前人的研究成果与生态城市的实际情况相结合，并综合考虑数据的客观性、代表性、可获得性，最终将生态城市的评价指标分为经济发展，社会进步和环境保护这三个一级指标，每个一级指标下又包含若干个二级指标，其具体内容如表一所示。 南京财经大学本科毕业论文（设计） 4 表一：生态城市评价指标体系 一级指标 二级指标 表示符号 经济发展 (人均 长率（ %） 人均财政收入 (元 /人 ) 居民人均可支配收入 (元 ) 第三产业增加值占 比重 (%) 单位 合能耗 (吨标煤 /万元 ) 单位 耗 (元 ) 高新技术产业产值占 例 (%) 固定资产投资占 例 (%) 12 14 16 18 社会进步 (城镇人口比重 (%) 城镇登记失业率 (%) 千人拥有病床数 (床位 /千人 ) 每万人拥有公共汽电车 (辆 ) 人口自然增长率 ( ) 22 24 境保护 (人均农作物播种面积 (公顷 /人 ) 人均水资源拥有量 ( ) 绿化覆盖率 (%) 工业废水排放达标率 (%) 人均绿地面积 ( ) 人均二氧化硫去除量 (吨 /人 ) 32 34 36 （二）评价方法 因子分析法 为了通过具体的数据来量化不同地区的生态城市建设水平，本文采用的评价方法是因子分析法。这是因为生态城市所涉及的指标众多，如果直接研究存在一定的困难，而因子分析法的基本原理是用少数几个潜在因子的线性组合来表示实际存在的多个指标，即存在 n 个因子 )(,21 n ,使得, 21可以用它们的线性组合表示为 其中，, 21 称为公共因子，是各变量中共同包含的因子。p , 21 称为2211222221212112121111南京财经大学本科毕业论文（设计） 5 特殊因子，是单个变量所特有的因子。j 个变量在第 k 个因子上的载荷量，载荷量越大，说明第 j 个变量与第 k 个因子关系越紧密；反之，则相反。 因子分析的主要步骤如下： 由于选取的指标数量较多，其单位往往并不是统一的，因此，我们在分析之前，需要将样本数据标准化，这样就可以消除样本数据量纲不同所带来的影响，使分析结果更可靠。 验或巴特利特球度检验 这两个检验均可用来检验样本数据是否适合采用因子分析法。 验统计量是用于比较样本数据之间相关系数和偏相关系数的指标，它的大小介于 0 和 1 之间。一般认为，如果 验统计量的值大于 数据可以进行因子分析；若其值大于 数据适 合做因子分析；其值越接近 1，因子分析的效果越好。 巴特利特球度检验的原假设为相关系数矩阵是一个单位阵，如果统计量的值比较大，其对应的 p 值小于某个给定的显著性水平 （一般为 拒绝原假设，认为该数据适合做因子分析；反之，就不适合做因子分析。 (1)计算样本的相关系数矩阵 ),2,1,( 。 (2)求出样本相关系数矩阵 R 的特征值 p , 21 极其对应的特征向量南京财经大学本科毕业论文（设计） 6 2122212312111, 。 (3)求出满足 %85/121 且 %85/21 的正整数 n ,n 即为所要选取的公因子个数。 (4)建立因子载荷矩阵。 根据因子载荷矩阵，可用加权最小二乘法或回归法求出各主 因子的因子得分，进而结合各主因子的方差贡献率计算出综合得分。 三、江苏省实证分析 从 2011 年江苏统计年鉴以及中经网数据库收集了相关数据，并进行了适当的整理和运算后，得出分析所需的各指标数据，最后运用 江苏省 13 个地级市进行生态城市建设状况的研究，结果如下： （一）数据适用度的检验 首先，求出样本数据的相关系数矩阵，然后对该相关系数矩阵进行 验和巴特利特球度检验，结果见表二： 南京财经大学本科毕业论文（设计） 7 表二： 验和巴特利特球度检验 验 (特利特球度检验 (卡方检验 位根检验 著性检验 0 表二可以看出， 等于 于 且巴特利特球度检验的 。两种检验的结果均表明该组数据适用于因子分析。 （二）主因子个数和因子载荷矩阵的确定 由表三，我们可以从所有指标中提取 4 个主因子。从特征值来看， 4 个主因子的特征值均大于 1,；从 累计方差贡献率看来， 4 这说明所提取的 4 个主因子已经包含了原来 19 个指标 信息量。因此，这 4 个主因子可以比较理想地代替原先的指标对江苏省 13 个地级市的生态城市建设情况进行分析与描述。 表三：特征值表 主因子 特征值 贡献率 % 累计贡献率 % 2 4 四给出的是因子载荷矩阵，显示了 各主因子在所选指标上的载荷值，因子载荷是各主因子与指标之间的相关系数的值。从表四来看，我们很难确定每个因子究竟代表着哪些指标，为了更好地研究各主因子与各指标之间的关系，笔者采用了极大方差法对初始的因子载荷矩阵进行了旋转，旋转结果见表五。 从表五我们可以很明显地看出，因子 要在人均 长率、人均财政收入、单位 合能耗等指标上具有较大的载荷量，这些指标主要反映的是一个城市的经济进步和经济质量，所以我们可以把 名为经济发展因子。因子 要在绿化覆盖率、人均绿地面积、人均二氧化硫去除量等指标上载 荷较南京财经大学本科毕业论文（设计） 8 大，这些指标可以很好地反映城市的自然环境，因此我们可以称 自然环境因子。因子 城镇登记失业率、千人拥有病床数等反映社会保障情况的指标上有较大的载荷值，我们可以将它命名为社会保障因子。因子 人口自然增长率、城镇人口比重这两个指标上载荷量较大，这两个指标反映了一个城市的社会结构，故可以把因子 做社会结构因子。 表四：初始因子载荷矩阵 指标 主因子 2 4 12 13 14 15 16 17 18 21 22 23 24 25 31 32 33 34 35 36 京财经大学本科毕业论文（设计） 9 表五：旋转后的因子载荷矩阵 指标 主因子 2 4 12 13 14 15 16 17 18 21 22 23 24 25 31 32 33 34 35 36 三） 构造因子得分模型 通过回归法，我们可以由前面求得的因子载荷矩阵进一步得到因子得分系数矩阵，见表六。 南京财经大学本科毕业论文（设计） 10 表六：因子得分系数矩阵 指标 主因子 2 4 12 13 14 15 16 17 18 21 22 23 24 25 31 32 33 34 35 36 表六中的因子得分系数代入模型，就得出了各主因子的因子得分计算公式： 以各主因子的方差贡献率占累计贡献率的比值为权重进行加权求和，得到如下因子得分模型： 4321 0 7 从该模型中各主因子前面的系数来看，主因子 面的系数较大，就是说经济的发展情况对生态城市的建设影响较大。其次是自然环境因子，它对生态城市的建设影响虽然不如经济发展因子那么强，但是它代表着一个城市的 环境质量，是生态城市建设的关键。其余两个社会因子对于生态城市建南京财经大学本科毕业论文（设计） 11 设的影响则相对较弱。 （四）因子得分的计算与排名 将各指标经过标准化处理后的数据代入上面得到的因子模型中，就可以计算出各城市的因子得分，并加以排名，得到结果见表七： 表七：江苏省各市生态城市建设情况得分及排名 城市 2 4 F 排名 南京 无锡 徐州 0 常州 苏州 南通 连云港 1 淮安 盐城 2 扬州 镇江 泰州 宿迁 3 从上表我们看到，因子得分排名在前三的分别是苏州，无锡和常州，这三个城市恰好也是江苏省经济实力最强的三个城市。其实从前面的因子得分模型就可以发现，经济发展因子 面的系数很大，排名很大程度上取决于各城市的经济发展状况，这个排名结果也是在预料之中的。 （五）聚类分析 为了更好地研究江苏各市生态城市建设的特点，我们可以将因子分析得到的4 个主因子得分当成新的变量，然后对这 13 个城市进行聚类。本文采用的是基于皮尔逊相关系数的系统聚类法，其原理是将相关性较强的几个城市分为一类。聚类结果如图一所示： 南京财经大学本科毕业论文（设计） 12 图一：江苏各市生态城市建设水平聚类谱系图 根据图一，我们可以把这 13 个城市分为 4 类。 第一类是苏州，从主因子来看，苏州市的经济发展因子得分要远大于其它城市，其自然环境因子得分 也相对较高。这是因为苏州位于长三角地区，地理位置优越。沪宁铁路与沪宁高速公路连接东西，京杭大运河贯穿南北，境内河港密布，公路四通八达，并且它紧邻中国最大的现代化城市上海，是上海的强辐射区，其经济实力是毋庸置疑的。不仅如此，苏州还是个著名的旅游城市， 全市现有园林 60 多个，苏州现在各级文物保护单位 538 处，其中 全国重点文物保护单位34 处。因此，苏州被单独归为一类。 第二类城市包括 南京，无锡，扬州，镇江和泰州。这类城市的共同点是它们各自的自然环境因子得分很高，即这些城市的环境保护做得比较好。特别是南京，该项因子得分达到了 远超过了其它城市。南京作为江苏省的省会，作为一个六朝古都，每天都会吸引大量游客前来游玩。要南京财经大学本科毕业论文（设计） 13 给游客留下一个好的印象，首要的就是抓好城市的环境建设，而且南京曾经还被评为我国最适宜人类居住的城市之一，其它城市在这方面应该多多借鉴南京的经验。 第三类城市包括常州，徐州和南通。这类城市的社会保障因子得分较高，自然环境因子得分一般。其中，常州的经济实力较强，其它两个城 市的则一般。 第四类城市包括连云港，淮安，盐城和宿迁。这 4 个城市经济比较落后，自然环境因子得分也很低。这是因为经济建设和环境保护是相辅相成，相互依存的。如果没有强大的经济实力的支撑，环境保护就无从谈起；但是为了保护环境而影响了经济建设，也是得不偿失的。 （六）两类城市的比较 针对上面的聚类结果，我们发现第二和第三类城市的生态城市建设状况总体看来比较相似，因此我们可以将这两类城市进行一个对比。本文采用的是非参数统计的 和检验与 两样本尺度参数的 验。 和检验 首先将 这两类城市混合，然后用它们的总得分进行排秩，结果见表八。 表八：两类城市的生态城市建设得分排秩 类别 城市 得分 秩 第二类 南京 无锡 扬州 镇江 泰州 第三类 常州 徐州 南通 对于原假设320 : ，检验备择假设321 : （ 2M 表 示第二类城南京财经大学本科毕业论文（设计） 14 市的生态城市建设得分的中位数，3 由表八可知， 5,10,11,25322332 中， 2W 表示第二类城市的秩和，33二类城市大于第三类城市得分的个数，32城市的得分进行比较，第三类城市大于第二类城市得分的个数。 最后求得 p 值为 (),(m 11 其中 1服从和分布。因为 p 值大于显著性水平 ，所以我们不能拒绝原假设，即：这两类城市的得分是相等的。 验 针对原假设320 : H，检验备择假设321 : H。 由表八，我们可以得到第二第三类 城市的位置差 后将第二类城市的得分都减去该值，将新得分与第三类城市混合，再重新进行排秩，结果见表九。 表九：经处理后的两类城市的生态城市建设得分排秩 类别 城市 得分 秩 第二类 南京 无锡 州 镇江 泰州 第三类 常州 州 南通 由表八可知， m=5,n=3,N=m+n=8,再通过计 算，得： 南京财经大学本科毕业论文（设计） 15 )(1()()(1(22121 a )()( p 值为 1)0(2)(),(mi n (2 因此，在显著性水平 的情况下，不能拒绝原假设，即两类城市的整体方差相等。 从以上两个检验的结果，我们可以得出结论：第二类城市和第三类城市的生态城市建设水平不相上下。这可能是因为这两类城市除徐州之外，全部都靠近长江，地理位置比较相似，再加上城市之间相互辐射，所以在生态城市的建设上没有十分显著的差 别。 四、结论及对策建议 根据上面的一些分析，我们已经比较清楚地认识到了江苏省 13 个地级市各自的生态城市建设状况。由于不同类别的城市发展情况有所不同，下面，我们将根据城市的分类并结合实际情况，对如何更好地建设生态城市提出一些建议。 对于苏州来说，它在经济发展和环境保护方面表现突出，是其他城市发展的榜样。但是谈到社会保障这方面，苏州还是有所欠缺，因此政府采取对策时就应当集中解决该方面的问题。第一，要完善社会保障制度，提高人民生活水平和生活质量；第二，政府要提供更多的就业岗位，对下岗职工进行技能培训，降低失业率 。 对于第二类城市（南京，无锡，镇江，扬州，泰州），该类城市的环境保护南京财经大学本科毕业论文（设计） 16 意识较强，十分重视一个城市的生态建设。特别是省会南京，它拥有众多的旅游景点，又是一座历史文化名城，每天吸引着大量游客前来参观游览，城市的环境自然是政府要抓的首要问题。在抓环境建设的同时，也应该加强经济和社会建设。比如该类城市可以依靠自身的环境优势，大力发展旅游业以带动经济的发展，再通过经济的发展给人们提供一个和谐安定的社会环境。 对于第三类城市（徐州，常州，南通），它们的共同点是社会保障体系比较健全，但是环境保护相对落后。比如南通，徐州这 两个苏北城市，虽然资源比较丰富，但大多是不可再生资源，所以要对有限的资源进行合理的开发和利用，并实施有效的保护政策。同时，应当改变传统的高耗能的生产方式，以保证自然资源的供给。对于自然资源的开采和利用，政府也应多加关注，不要超