基于層次分析法和熵權法的糧食系統(tǒng)評價模型

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。為了使各國或地區(qū)對自己的糧食系統(tǒng)有一個全面而又明確的認識和衡量，我們從每個收入群體中選取5個具有代表性的國家，共構建了20個國家的樣本。我們將層次分析法（AHP）和熵權法（EWM）相結合，構建了糧食系統(tǒng)評價模型。當我們選擇20個發(fā)展水平不同的國家進行分析時，我們發(fā)現(xiàn)它們在三個頂級指標上的差異比在目標水平上的差異要大得多。

關鍵詞：糧食體系；層次分析法；熵權法

1. 背景

在世界各國的共同努力下，一個傳承了幾個世紀的社會、經濟和技術發(fā)展的全球糧食體系已經構建起來。代表聯(lián)合國世界糧食安全委員會（CFS）科學-政策界面的高級別專家小組（HLPE）將糧食系統(tǒng)定義為包括與糧食生產、加工、分配、準備和消費相關的所有要素和活動，用于其治理的市場和機構網絡，以及這些活動的社會-經濟和環(huán)境成果（HLPE，2017）。

當前全球糧食系統(tǒng)取得了重大成就。2007-2017年，農業(yè)增加值在10年內從1.94萬億美元增長到3.324萬億美元，谷物產量在10年內增長27.3%。但同時，這一制度的弊端也非常明顯。它的重點在于效率和盈利能力，即使是以犧牲社會公平和生態(tài)可持續(xù)性為代價。當前的糧食體系并不像我們想象的那樣穩(wěn)定，因此構建可持續(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，我們還需要社會和經濟資源。在大多數可持續(xù)發(fā)展的定義中，我們也發(fā)現(xiàn)了對社會公平和經濟發(fā)展的擔憂。

2. 食品系統(tǒng)評價模型

2.1指標選擇

今天，盡管我們的糧食系統(tǒng)在經濟上是相當有生產力的，但對社會和生態(tài)方面的關注卻很少，因此造成了相當大的破壞。毫無疑問，在經濟效益（效率和盈利）、社會效益（公平）和生態(tài)效益（可持續(xù)性）之間保持平衡是至關重要的。因此，我們構建的評價模型包含了上述三個因素。為保證模型的準確性和明確性，將模型分為目標層A、頂層指標B和子指標C三個層次，進一步選取既便于獲取又便于比較的指標，從不同角度反映一個區(qū)域的食物系統(tǒng)。最后，將11個子指標分為經濟、社會和生態(tài)三大類，構建了食物系統(tǒng)的三級評價模型。

（1）經濟指標FSEI1

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

物流績效指數：它反映了與貿易和運輸相關的基礎設施的質量。如果物流績效指數很高，那么這個地區(qū)的食品運輸，無論是進口、出口還是在本國幾乎不流通，都是相當高效的。

農業(yè)人均國內生產總值：是指一個部門的凈產出加上全部產出減去中間投入后的平均數，反映了一個地區(qū)的農業(yè)經濟發(fā)展狀況。農業(yè)人均GDP越高，區(qū)域農業(yè)經濟盈利能力越強。

（2）社會指標FSEI2

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

嚴重糧食不安全的流行率：指生活在被歸類為嚴重糧食不安全的家庭中的人口所占的百分比。如果一個家庭中至少有一個成年人報告說，在一年中的某些時候接觸到了FIE問題中描述的幾種最嚴重的經歷，那么這個家庭就被歸類為嚴重的糧食不安全。指標越高，情況就越糟糕。

營養(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。這一指標的高水平表明，該國人民更有可能遭受營養(yǎng)不良之苦。

中學入學率（占總人數的%）：指不分年齡的中學招生總數對該年齡段人口的影響，反映了本地區(qū)的教育水平。該指標越高，該地區(qū)的受教育程度通常就越高。

農業(yè)人口相對收入水平：指農村人均國內生產總值與全國人均國內生產總值之比，反映了糧食系統(tǒng)勞動者受到的待遇。水平越高，他們得到的待遇就越好。

（3）生態(tài)指標FSEI3

耕地面積比例：耕地包括短期農作物用地（種植兩熟作物只計算一次）、短期割草或放牧用地、菜園和私家菜園、臨時休閑用地。不包括因改變耕作方式而休耕的土地。這一指標反映了一定地區(qū)農業(yè)擴張的速度。指標越高，反映出農業(yè)擴張越快，對生態(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程中產生的二氧化碳。它是反映一個地區(qū)自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的重要指標。一個地區(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。當土壤含氮量高于一定值時，反映出該地區(qū)土壤集約化程度過高，可持續(xù)性變差。

2.2 數據規(guī)范化

選擇用來評估這些指標的數據來自各種數據庫，包括世界銀行。值得注意的是，如果沒有特定地區(qū)的數據，我們不會為了獲得最準確的結果而評估該地區(qū)的食物系統(tǒng)。

經過深思熟慮，根據世界銀行的說法，我們將世界上所有的國家按收入分為四類：高收入、中等收入、中低收入和低收入。我們從每個收入群體中選取5個具有代表性的國家，共構建了20個國家的樣本。值得注意的是，評價指標既有正負指標，也有正負指標，大多數指標在維度上存在差異，我們采用以下歸一化方法對數據進行歸一化處理。

在對我們所獲得的數據進行分析的過程中，我們發(fā)現(xiàn)它們可以分為兩類。符號+表示對于指標而言，越高越好。同樣，符號？表示越低越好。

2.3 權重測定

指標權重的確定至關重要，直接影響評價結果的準確性。熵權法（EWM）是一種客觀賦權方法。為此，我們利用該方法來確定指標的權重。

首先，我們將第i個國家第j個指標除以所有國家第j個指標的加總之和，計算得出第i個國家該指標的權重。

根據信息論領域中的自信息和熵的概念，可以計算出每個評價指標的信息熵ej ，即用每個國家該指標的權重乘以權重的自然對數并相加，最后乘以乘數k，其中k=1/log（n）且n=20。

接下來，我們將1減去信息熵得到變異系數gj 。

最后，用每一個指標的變異系數除以所有指標變異系數的加總，進一步計算得到前面定義的各個評價指標的權重Wj 。

在確定每個子指標的權重后，我們將每個子指標加權并求和，得到三個頂級指標的得分：

其中m等于每個指示器的子指示器的數目。

其次，在征求專家意見的基礎上，考慮到當前形勢的緊迫性，運用層次分析法計算出權重。

3. 結論

當我們選擇20個發(fā)展水平不同的國家進行分析時，發(fā)現(xiàn)它們在三個頂級指標上的差異比在目標水平上的差異要大得多。如圖1所示，與發(fā)達國家相比，發(fā)展水平相當低的國家在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，幾乎是德國的兩倍，后者的得分為0.44。然而，這兩個國家在FSEI1方面相去甚遠，因為阿富汗的得分只有0.035分，而德國的得分為0.47分。至于FSEI2，差別不是很大，但確實存在發(fā)達國家表現(xiàn)好于發(fā)展中國家的模式。