基于PCA和GMDH的產業結構轉換研究

張麗麗，何躍

（四川大學工商管理學院，成都610064）

基于PCA和GMDH的產業結構轉換研究

張麗麗，何躍

（四川大學工商管理學院，成都610064）

采用主成分分析方法綜合評價產業結構轉換能力，然后采用GMDH方法來研究產業比重分布對產業結構轉換能力的影響。文章對四川省1991～2008年間的產業結構轉換進行了實證分析，研究表明：在工業化進行階段，增強產業結構轉換能力的關鍵是提高第二產業的相對比重，操之過急的發展第三產業會削弱產業結構轉換能力。

產業結構；轉換能力；主成分分析；GMDH

0 引言

產業升級是各省市及全國范圍內高度認同的經濟發展戰略，產業結構的演進具有內在規律性，是由低級向高級不可跨越式進行的，所以在產業升級這個戰略框架下，對處在工業化階段的經濟體從時間角度來研究其產業結構轉換能力及方向是有意義的，使其更好落實產業升級戰略設計基點。

本文采用主成分分析方法對產業結構轉換能力進行了綜合評價和比較，然后采用GMDH方法求出產業比重分布對產業結構轉換能力的影響，分析增強產業結構轉換能力的產業結構轉換方向。

本文以四川省1991～2008年間的產業結構轉換進行了實證分析，通過主成分分析方法對產業結構轉換能力進行了綜合評價，并指出了影響和制約四川省產業結構的轉化能力的因素，然后用GMDH方法構建了產業結構轉換能力與三次產業比重之間的關系模型，最后得出：在工業化進行階段，大力發展第二產業是增強產業結構轉換能力的關鍵因素，若工業化未完成，過早的發展第三產業是會削弱產業結構轉換能力，所以在工業化進行階段，四川省產業升級戰略的設計的基點應該是走新型工業化的道路，大力發展第二產業，而不是過早地進行產業結構向第三產業轉換。

1 相關理論介紹

1.1 主成分分析方法

主成分分析的基本思想是根據根據變量之間的相關性，通過處理用較少的不相關的變量來代替原來較多的變量，并盡可能的反映原來多變量的信息，從而到達降維效果及非主觀的指標權重賦值，能夠使多指標衡量的綜合評價更客觀合理。

主成分分析方法的主要步驟：

（1）數據的標準化處理。由于數據的單位或計量單位的不同，需要先對其進行標準化處理，即，其中S=，n表示樣本容量。

（2）指標之間的相關性判定；

（3）確定主成份個數m；

（4）主成份Yi表達式；

（5）主成份Yi的命名；

1.2 GMDH方法

數據分組處理方法GMDH(Group Method ofData Handling)是自組織理論數據挖掘的核心，是基于神經網絡和計算機科學的迅速發展而產生和發展起來的。

數據分組處理方法算法的基本步驟如下：

（1）將已知的N次觀測數據樣本劃分為訓練集A和檢測集B(N=A+B）.

（2）建立“參考函數”。經典的K-G多項式如下：

（3）從具有“外補充”性質的標準選擇準則表中選出目標準則即外準則。最常用的外準測例如正則化準測：

其中，yB為在樣本B上得到的實際輸出；y贊B(A)指用樣本集A上得到的模型系數估計，在樣本集B上作出的輸出估計。

（4）基于“參考函數”對局部函數分類。

（5）在學習集A上通過參數估計方法估計所有局部模型的系數。

（6）根據所選擇的外準則，在檢測集B檢驗局部模型的性質。

選擇具有最佳性質的函數作為最優模型。如不滿意，選擇F個較好的模型函數（F稱為選擇自由度）繼續分析。

2 實證分析

2.1 產業結構轉換能力綜合評價的指標體系

對于產業系統的發展有三大影響因素，即投入因素、制約因素和政策因素。而某個地區的產業結構轉換能力是一個綜合概念，需要結合這三大影響因素，從供給、需求、技術進步和結構本身等方面來尋找指標，本著指標選取的四大基本原則，本文選擇了X1至X9指標（見表1）來綜合評價四川省的產業結構轉換能力。

表1 四川省產業結構轉換能力評價指標說明

2.2 運用PCA對四川省產業結構轉換能力進行綜合評價

我們通過主成分分析，探求影響四川產業結構轉換能力的主要因素，并對四川省各階段的產業結構轉換能力進行綜合評價。

（1）數據搜集。根據四川省統計年鑒，整理出各個指標在1991～2008年的具體數值。

（2）數據的處理與分析。先對原始數據進行標準化處理，再利用SPSS軟件[7]對標準化處理后的數據進行因子分析，得到KMO=0.764，通過Barelett的球形度檢驗，判斷其適合做因子分析，依據累計貢獻率大于85%的原則來確定因子的數目，從表2中我們可以看出前兩個因子的累計貢獻率為89.38%，則確定有兩個主成份，其特征根λ1=5.683，λ2=2.361，對應的的特征向量為F1,F2，其中F1,F2是由SPSS軟件因子分析模塊直接給出，而主成分Yi是需要通過Yi=Fi/公式轉換得來。因此最終得到的主成份分析的結果如表2所示。

表2 主成分分析結果

則主成分Y1與Y2的線性組合如下所示：

Y1=0.4161X1+0.4165X2+0.3561X3+0.0348X4+0.4153X5+ 0.4061X6+0.3964X7-0.1753X8-0.0013X9

Y2=-0.0540X1-0.1488X2+0.2955X3+0.5675X4-0.0814X5-0.1549X6-0.1549X7-0.4380X8+0.5825X9

其中xij均是標準化處理后的值。從因子載荷分析，人均GDP(x1)、勞動生產率(x2)、消費水平(x5)、農民人均收入(x6)、城鎮化比例(x7)在第一因子上占有較大載荷，主要反映的是技術創新水平和需求因素，稱其為技術需求因子；GDP的增速(x4)、工業產值利稅率(x8)、外貿依賴度(x9)在第二因子上占有較大載荷，主要反映的是經濟發展速度和對外出口需求的因素，稱其為速度出口因子；對照表1我們可以總結出經濟積累、技術創新、消費、工業效益是影響產業結構轉換的主要因素。以因子的貢獻率占累計貢獻率的比重作為其權重加權求出四川省產業結構轉換能力的綜合評價模型：

Y=0.707Y1+0.293Y2

（3）評價結果與分析。分別求出四川省自1991～2008年各年度的第一、第二主成分值，計算各年度的產業結構轉換綜合能力，結果見表3。

表3 各主成份得分及綜合排序

從表3可以看出以下情況：

首先從排列順序，我們可以看出從1991～2008年四川省產業結構轉換能力是增強趨勢，但是在1997～2002年卻一度出現了綜合分值轉弱的趨勢。

再進一步分析中，可以看出第二因子的作用分布與綜合得分基本一致，第二因子的得分從1991～1996年是呈現增長趨勢的，但是在1997～2002年同綜合得分一樣一度出現了下降趨勢。在第二因子中經濟發展速度、工業效益因素和外部需求占有較大的載核，因此加快經濟發展速度，提高工業效益，擴大對外開放的廣度和深化對外開放的深度是提高四川省產業結構轉換能力的重要因素。

2.3 運用GMDH分析產業比重分布對產業結構轉換能力的影響

利用各階段的產業結構轉換能力的綜合得分值（表3），運用GMDH方法分析產業比重分布對產業結構轉換能力的影響關系。

以產業結構轉換能力的綜合得分值為因變量，自變量是三次產業占GDP的比重αi,j=1,2,3,表示第j產業的比重，且在knowledge miner軟件中代入1991～2008年的產業結構轉換能力的綜合得分及三次產業占GDP的比重數據，得到如下輸入輸出方程：

Y=-58.91*α1-46.32*α3+31.1

從樣本數據的時間跨度上來看，對這個模型更準確的定義應該是模擬工業化進行階段產業比重分布對產業結構轉換能力的影響。

因此，通過這個模型，我們可以看出在工業化進行階段，產業結構轉換能力與第二產業的比重是成正向關系的，第一產業、第三產業的比重是呈反向關系，同時第一產業單位比重的變動要比第三產業單位比重更能增強產業結構轉換能力。所以在工業化階段，第一產業和第三產業比重的相對降低能增強產業結構轉換能力，也就是說相對的提高第二產業比重是增強產業結構轉換能力的關鍵。

再進一步的分析中，我們可以得出，在工業未完成時，進行過激的產業結構轉換，即過早的發展第三產業，是會降低產業結構轉換能力。

2.4 分析四川省產業結構轉換方向

下面我們對四川省在1991～2008年其間的產業結構轉換方向進行研究，我們從三大產業的增長速度與GDP的增長速度出發，依據其之間存在[1]的關系，其中βi表示某個產業的變動系數，πi表示某產業的增長速度，vp表示GDP的增長速度；求得各個產業的變動系數如表4所示。

表4 四川省的第一、二、三產業的變動系數

文獻[1]把產業結構調整方向劃分為八類，從表4可以看出四川省的產業結構調整方向大致分為1991～1996年并行階段，其中β1<1，β2>1，β3>1,1997～2002年的激進階段，其中β1<1，β2>1，β3>1,2003～2008年的進行階段，其中β1<1，β2>1，β3>1；

分析1991～1996年的并行階段，這個階段是產業結構演進的第一個階段，即勞動力由第一產業向第二產業過渡的階段，此時出現了第三產業和第二產業并行增長的階段；分析1997～2002年的激進階段的產業結構轉換方向，我們可以看出其間的第三產業的變動系數是大于第二產業的變動系數的，表明該階段是要實現的產業結構演進的第二個階段，即勞動力由第二產業向第三產業過度的階段。但是產業結構向第二階段的演進需要工業化的完成，需要物質實力的積累，很明顯四川省在1996年并未完成工業化任務，產業結構轉換能力還不是很強，未達到進行質變的度，所以在1997～ 2002年進行的產業結構轉換方向是不合理的，是過激的轉換。同時結合表3的分析1997～2002年的產業結構轉換能力是被削弱的。因此我們在進行產業結構調整時一定要遵循產業結構演進的內在規律，注意質變前量的積累。分析2003～ 2008年的進行階段，該階段是四川省進行工業化階段，為產業結構的第二階段的轉換奠定物質基礎，同時四川省的產業結構轉換能力也是在逐步提高的。

3 結語

本論文采用主成分分析方法對產業結構轉換能力進行縱向的綜合評價，得出個時期的綜合分值，再采用GMDH方法研究三次產業比重分布對產業結構轉換能力得分值之間的影響，為設計產業升級戰略找到基點。

本文對四川省1991～2008年的數據進行了實證分析，得到了以下結論：

（1）影響四川省產業結構轉換能力的主要因素是經濟發展速度、工業效益因素和外部需求，因此加快地區經濟發展的速度，提高工業產值利稅能力，擴大外貿需求，深化對外開發的程度，是增強四川省產業結構轉換能力的關鍵因素。

（2）產業結構的轉換需要量的積累，尤其是在實現第二階段的演進，需要工業化完成基礎設施的建設、實現人們消費達到一定的水平和檔次等眾多物質條件的實現，不能操之過急，不然就會欲速則不達，破壞經濟體的穩步發展。

（3）產業結構轉換方向的合理性是增強產業結構轉換能力的前提，而產業結構轉換能力的增強是進行合理化產業結構轉換方向的基礎。

(4)在工業化進行階段，四川省產業升級這一戰略設計基點應該是走新型工業化道路，這也是基于階段性國情的產業升級戰略，應當提高高新技術產業所占比重，增強制造業在研發、設計、品牌營銷等環節的盈利能力，培育工業產業較強的國際競爭力，而不是過早的去發展第三產業，提高第三產業的相對比重。

[1]賀昌政．自組織數據挖掘與經濟預測[M]．北京：科學出版社，2005.

[2]霍葉青,何躍.基于GMDH和DEA的我國西部區域經濟運行效率的評價研究[J].商業時代,2010,(7).

[3]張濤.區域產業結構分類及其轉換能力評價-以河南省為例[J].地域研究與開發,2001,20(2).

[4]馬慶國.管理統計-數據獲取、統計原理、SPSS工具與應用研究[M].北京：科學出版社,2002.

[5]王國平.基于階段性國情的產業升級戰略選擇[J].毛澤東鄧小平理論研究,2009,(10).

[6]王岳平.“十二五”時期產業結構調整的基本思路[J].理論參考.2009, (12).

[7]王國平.經濟結構調整科學化的若干思路[J].江蘇行政學院學報, 2009,(2).

（責任編輯/易永生）

F061.5

A

1002－6487（2011）05－0124-03

國家自然科學基金資助項目（70771067）

張麗麗（1988-），女，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：數據挖掘、信息管理。

何躍（1961-），男，重慶人，博士，副教授，研究方向：宏觀經濟、數據挖掘、決策支持系統。