基于BP神經網絡模型的區域差異時空演變分析
——以重慶市為例

王殿穎，文傳浩，馬文斌

基于BP神經網絡模型的區域差異時空演變分析
——以重慶市為例

王殿穎，文傳浩，馬文斌

以重慶市為例，從時間維度分析重慶市2000-2008年區域經濟發展差異變化的過程。在此基礎上，運用BP神經網絡模型和MATLAB軟件，從“一圈兩翼”的視角，輔以縣域對比研究，探討重慶市區域域經濟發展差異的空間格局。通過對形成區域差異的原因分析，提出從發展戰略和政策體制上縮小區域差異，促進區域協調發展。

區域發展差異；BP神經網絡；MATLAB

重慶市是中國重要的中心城市之一，長江上游地區經濟中心和金融中心，但是一直以來都存在區域經濟差距，大城市帶大農村的城鄉二元結構特征非常突出，一定程度上已制約了重慶整體發展水平的提高及綜合競爭力的提升。目前對重慶市的區域經濟差異的研究，大多是40個縣為單元的縣域經濟差異的現狀分析。大部分采用層次分析法(AHP法)、主成分分析法和模糊聚類評價法等［1-4］等傳統方法。本文運用人工神經網絡方法，采用BP算法建立區域經濟差異評價體系，對“一圈兩翼”三地區進行定量分析和橫向比較，并對每一地區內的區縣進行內部比較和分析，進而提出區域發展模式及對策。

一、“一圈兩翼”發展差異演變的時間特征

我們以重慶市2000～2008年的人均GDP為度量區域經濟差異的變量指標，運用標準差和變異系數兩個常用指標來分析“一圈兩翼”三地區區域經濟發展差異的演變趨勢和主要特征。

圖1 重慶市區域經濟差異的變化過程

（一）三地區經濟發展水平的絕對差異呈擴大趨勢

從圖1可以看出，以人均GDP標準差為代表的絕對發展差異在2000～2008年間遞增，年均遞增率為14.84%，表明重慶市三地區經濟發展水平絕對差異一直呈擴大態勢。2000～2004年，三地區的區域差異加速擴大，且從2002年開始的增速比2002年略大，2004～2006年區域發展差異速度放緩，2006～2008年迅速加大。

（二）三地區經濟發展水平的相對差異

從圖1可知，用變異系數測度的各縣市人均GDP的相對差異，2001～2002呈下降趨勢，2002年2004年又呈上升趨勢，2004到2006年呈下降趨勢，且幅度較大。2006～2008有小幅變化，8年間大體呈波浪式發展。

二、“一圈兩翼”區域差異的ANN評價

（一）BP人工神經網絡原理與技術簡介

人工神經網絡（ANN）是20世紀40年代產生、80年代發展起來的模擬動物神經網絡行為特征、進行分布式并行信息處理的算法數學模型。這種網絡依靠系統的復雜程度，通過內部大量節點之間相互連接的關系，從而達到處理信息的目的。BP人工神經網絡是一種按誤差逆傳播算法訓練的多層前饋網絡，是目前應用最廣泛的人工神經網絡模型之一。BP網路能學習和存貯大量的輸入-輸出模式映射關系，無需揭示這種映射關系的數學方程，通過反向傳播來不斷調整網絡的權值和閥值，使網絡的誤差平方和最小，克服了以往傳統評價方法的弊端。

（二）BP人工神經網絡模型的建立與驗證

本文采用的BP網絡模型是在MATLAB環境下，采用MATLAB神經網絡工具箱中的函數編程求解。將經濟發展水平分級指標作為樣本輸入，評價級別作為網絡輸出，BP網絡通過不斷學習修改權重，找出評價指標與評價級別間復雜的內在對應關系，利用此網絡模型可以進行經濟發展水平的綜合評價。

樣本確定：根據所有樣本的數據最大和最小區間,運用歸一化處理和線性內插的方法對數據進行等級劃分，構建人工神經網絡的訓練數據。將區域經濟發展水平分為5級,等級越高，代表經濟發展越好。1表示經濟發展水平低，2表示經濟發展水平較低，3表示經濟發展水平中等，4表示經濟發展水平較高，5表示經濟發展水平高。測試樣本即待評價樣本,是由各評價單元的區域發展實際監測值構成的輸入樣本集［5］。

表1 經濟發展水平的ANN模型評價標準

拓撲結構確定：BP人工神經網絡的網絡拓撲結構包括輸入層、隱含層和輸出層。當各節點具有不同的界限時，對于在閉區間內的一個連續函數可用一個隱含層的網絡來逼近。一個3層的BP網絡可以完成任意的n維到m維的映射，因此本研究中BP人工神經網絡模型層數取3層，即輸入層、隱含層和輸出層。根據前文建立的區域發展差異評價指標體系確認BP網絡模型的輸入節點，所以輸入層神經元個數為10；輸出層節點數為各區縣的區域發展等級，因此本模型輸出層節點數確定為1；隱含層個數的確定通過經驗公式n=(n+m)1/2+a，確定為5。據此，網絡的拓撲結構為10×5×1，其中隱含層神經元為5個，輸出層神經元為1個。網絡初始權值為［0,1］之間的隨機數，最大訓練批次為100 000次，最大誤差為0.000 1。從輸入層到隱含層采用非線性S型傳遞函數tansig函數，從隱含層到輸出層采用線性函數purlin函數，學習規則采用Levenberg2Mar2quardt以保證快速收斂。

（三）評價結果及分析

表2 重慶市一圈兩翼地區經濟發展差異評價結果

表3 重慶市各區縣地區經濟發展差異評價結果

1.“一圈兩翼”區域發展差異顯著。重慶市區域經濟發展綜合實力差距顯著，“一圈”的區域程度最高，“兩翼”地區發展指數接近，渝東北地區略高于渝東南地區。一小時經濟圈發展指數為3.106，幾乎是“兩翼”地區的2倍；其次為渝東北地區，發展指數為1.574，發展最差的地區為渝東南地區，發展指數為1.565。“一圈”地區高于全市平均水平，“兩翼”地區均低于全市平均水平（見圖1）。

“一圈”地區以渝中區為代表，經濟發展水平高，各區縣經濟實力強，富裕程度高，發展速度快，產業基礎雄厚，要素配置、管理水平、交通物流等功能相當完善，對周邊城鎮的資源利用和產業發展具有很大的擴散效應。其中，主城9區是發展最有優勢的核心地區。從表2看，主城9區排名都在前13位。除兩翼中的發展較好的個別地區外，前20位都為一圈地區的區縣。渝東北翼是以萬州為核心的三峽庫區，生態環境保護任務重大。全市發展最差的區縣也在該區域，為城口縣，發展指數為1.225。渝東南地區是相對獨特的少數民族地區，發展水平滯后。黔江區為該區域的發展核心，發展水平較高，在重慶市40個區縣中排名11?！耙蝗Α卑l展水平最高的區縣——渝中區的發展指數為3.543，渝東北、渝東南“兩翼”除了萬州區、黔江區得分比較靠前，渝東北地區發展水平最高的地區萬州區，發展指數為1.715，渝東南地區發展水平最高的區縣為黔江區，發展指數為1.848，其他各區、縣均排在靠后的位置，這充分說明地帶間的差異已十分明顯。

2.區域內部縣域經濟發展不平衡。通過對表2的區域內部縣域發展水平的橫向比較可以看出，區域內部差異最大的是渝東北翼，渝東南地區次之，差異最小的是一小時經濟圈。渝中區、大渡口區等九大主城區的得分值遠遠高于其他區、縣，顯然主城區是處于經濟高速發展地區，一小時經濟圈地區得分值也明顯高于兩翼的得分值。比較渝東南、渝東北兩翼整體分值非常接近，說明兩翼在經濟與社會發展方面相當。但全市的幾個最為貧困的區縣，如城口縣、巫山縣、巫溪縣等也分布在渝東北地區，使得渝東北地區的內部分化大于一小時經濟圈和渝東南地區。

三、區域經濟差異的成因分析

（一）自然和經濟基礎

一小時經濟圈地勢低，是重慶區位條件最好、資源環境承載力最強、最適宜人口和產業集聚的區域。兩翼地區被大巴山、巫山、武陵山環繞，受自然地理因素的制約和歷史條件的影響，基礎設施薄弱、經濟總量偏小、貧困人口集中，資源優勢難以轉化為經濟優勢。其中渝東北地區是長江上游重要的生態屏障，其環境承載力較弱，渝東南地區則是重慶市絕對貧困人口高度集中、貧困發生率和返貧率最高的區域。“兩翼”還同屬于我國18個集中連片貧困地區。

（二）產業結構因素

一小時經濟圈的產業多為金融、商貿和高科技產業、戰略性產業，產業相對集聚，產業結構較高級，產業產值占全市比重高。

（三）經濟政策因素

自三線建設時期開始重慶就是重點建設地區，形成了以重工業為主的重工業體系。1997年重慶成為直轄市贏得了巨大的發展機遇。三峽工程建設以來，重慶也享受到了巨大的政策優惠。保稅港區、國家三號文件的出臺、城鄉統籌配套改革實驗區的設立、兩江新區掛牌成立都給重慶市帶來了巨大的政策優惠。而這些政策最直接受益的地區是重點發展的一小時經濟圈。而兩翼地區雖有輻射，但作用小。渝東北地區由于處于三峽庫區腹地，更是以生態環境保護為主，發展經濟受到自然和政策的雙重約束。

（四）文化觀念因素

一小時經濟圈地區的區位條件和環境特征使其具有更多的開放性，人們的思想觀念更新速度較快。自然條件較為優越，經濟發達，對外交往頻繁，市場經濟意識濃厚。兩翼地區交通不便、信息閉塞。此外，渝東南地區是少數民族地區，文化具有更多的內向性，表現為較為封閉、獨立的文化單元體，嚴重阻礙了人們觀念更新。

四、區域協調發展對策分析

（一）優化空間發展格局

總體來看，重慶市的發展以“一圈”為主導，由“一圈”帶動“兩翼”發展。在區域內部，“一圈”地區產業基礎雄厚，二、三產業發展迅速，交通便利，以主城九區為重點發展區域，輻射周邊區縣。渝東北地區實行“點-軸”開發模式，以萬州為區域中心城市，以長江沿線為軸線，帶動豐都、忠縣等地的發展。渝東南地區尚處在區域經濟發展的初始階段，城鎮化水平帶動經濟發展水平較弱，目前應重點培育區域中心城市，形成對周邊地區有輻射能力的區域經濟增長中心，更好地帶動周邊地區發展。

（二）構建合理的產業布局

重慶市三個區域的經濟發展條件和資源稟賦也有較大差異，產業發展必須因地制宜?！耙蝗Α钡貐^是發展的核心區，應大力發展高新技術產業和現代服務業，提高產業層次和產業競爭力，是重慶市建設長江上游經濟中心的主要力量。渝東北地區由于地處三峽庫區，自身受自然生態環境制約，應積極利用國家對三峽移民的扶持優惠政策，發展特色經濟。渝東南地區由于特殊的生態環境和民族地區特性，應大力發展生態農業和民族特色旅游業。

（三）對欠發達地區實行適度的政策傾斜

區域發展要建立有機協調的綜合政策體系，但由于區域經濟水平的差距而造成的人口、生活質量水平、基礎設施、要素流通等方面存在較大差距，所以在綜合政策體系的基礎上要對欠發達地區實行適度的政策傾斜。首先應加強欠發達地區的基礎設施建設，在交通、城鎮建設、社會福利、人才引進等方面給予大力優惠政策，加大對口扶持、財政轉移支付力度，鼓勵欠發達地區招商引資，在改善硬環境的同時注意軟環境的建設，縮小區域發展差距，實現區域協調發展。

[1]王朝彬,張安明,王力,等.重慶市縣域經濟差異及協調發展[J].國土與自然資源研究,2006(3).

[2]彭麗,秦越,蘇維詞.重慶市縣域綜合發展水平差異的時空特征分析[J].世界地理研究,2009(3).

[3]劉明皓,汪紅群.縣域經濟綜合競爭力測評與區域開發模式構想——以重慶市為例[J].生產力研究.2009(5).

[4]曹學明,張應良.重慶市經濟發展水平的區域差異分析[J].重慶工商大學學報,2010(2).

[5]重慶市統計局.重慶市統計年鑒（2010）[Z].重慶：重慶統計出版社，2010.

F299

A

1673-1999（2011）08-0060-03

王殿穎 （1985-），女，內蒙古呼和浩特人，重慶工商大學 （重慶400067）經貿學院碩士研究生,；文傳浩（1972-），男，重慶萬州人，重慶工商大學長江上游經濟研究中心,博士，教授；馬文斌（1974-），男，內蒙古呼和浩特人，重慶師范大學經濟與管理學院,博士，副教授。

2011-02-23

教育部人文社科規劃項目“基于生態系統管理理論的烏江中下游縣域生態產業理論與實證研究”（項目編號：08JA790141）；國家社科基金項目（項目編號：08XMZ030）；重慶市社科聯項目“渝東南經濟不發達地區跨越式發展研究——以生態產業為突破口（項目編號：2009JJ17）”；重慶工商大學創新型項目（項目編號：yjscxx2010-23）。