基于BP神经网络模型的区域差异时空演变分析——以重庆市为例

王殿颖，文传浩，马文斌

基于BP神经网络模型的区域差异时空演变分析
——以重庆市为例

王殿颖，文传浩，马文斌

以重庆市为例，从时间维度分析重庆市2000-2008年区域经济发展差异变化的过程。在此基础上，运用BP神经网络模型和MATLAB软件，从“一圈两翼”的视角，辅以县域对比研究，探讨重庆市区域域经济发展差异的空间格局。通过对形成区域差异的原因分析，提出从发展战略和政策体制上缩小区域差异，促进区域协调发展。

区域发展差异；BP神经网络；MATLAB

重庆市是中国重要的中心城市之一，长江上游地区经济中心和金融中心，但是一直以来都存在区域经济差距，大城市带大农村的城乡二元结构特征非常突出，一定程度上已制约了重庆整体发展水平的提高及综合竞争力的提升。目前对重庆市的区域经济差异的研究，大多是40个县为单元的县域经济差异的现状分析。大部分采用层次分析法(AHP法)、主成分分析法和模糊聚类评价法等［1-4］等传统方法。本文运用人工神经网络方法，采用BP算法建立区域经济差异评价体系，对“一圈两翼”三地区进行定量分析和横向比较，并对每一地区内的区县进行内部比较和分析，进而提出区域发展模式及对策。

一、“一圈两翼”发展差异演变的时间特征

我们以重庆市2000～2008年的人均GDP为度量区域经济差异的变量指标，运用标准差和变异系数两个常用指标来分析“一圈两翼”三地区区域经济发展差异的演变趋势和主要特征。

图1 重庆市区域经济差异的变化过程

（一）三地区经济发展水平的绝对差异呈扩大趋势

从图1可以看出，以人均GDP标准差为代表的绝对发展差异在2000～2008年间递增，年均递增率为14.84%，表明重庆市三地区经济发展水平绝对差异一直呈扩大态势。2000～2004年，三地区的区域差异加速扩大，且从2002年开始的增速比2002年略大，2004～2006年区域发展差异速度放缓，2006～2008年迅速加大。

（二）三地区经济发展水平的相对差异

从图1可知，用变异系数测度的各县市人均GDP的相对差异，2001～2002呈下降趋势，2002年2004年又呈上升趋势，2004到2006年呈下降趋势，且幅度较大。2006～2008有小幅变化，8年间大体呈波浪式发展。

二、“一圈两翼”区域差异的ANN评价

（一）BP人工神经网络原理与技术简介

人工神经网络（ANN）是20世纪40年代产生、80年代发展起来的模拟动物神经网络行为特征、进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。BP人工神经网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的人工神经网络模型之一。BP网路能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，无需揭示这种映射关系的数学方程，通过反向传播来不断调整网络的权值和阀值，使网络的误差平方和最小，克服了以往传统评价方法的弊端。

（二）BP人工神经网络模型的建立与验证

本文采用的BP网络模型是在MATLAB环境下，采用MATLAB神经网络工具箱中的函数编程求解。将经济发展水平分级指标作为样本输入，评价级别作为网络输出，BP网络通过不断学习修改权重，找出评价指标与评价级别间复杂的内在对应关系，利用此网络模型可以进行经济发展水平的综合评价。

样本确定：根据所有样本的数据最大和最小区间,运用归一化处理和线性内插的方法对数据进行等级划分，构建人工神经网络的训练数据。将区域经济发展水平分为5级,等级越高，代表经济发展越好。1表示经济发展水平低，2表示经济发展水平较低，3表示经济发展水平中等，4表示经济发展水平较高，5表示经济发展水平高。测试样本即待评价样本,是由各评价单元的区域发展实际监测值构成的输入样本集［5］。

表1 经济发展水平的ANN模型评价标准

拓扑结构确定：BP人工神经网络的网络拓扑结构包括输入层、隐含层和输出层。当各节点具有不同的界限时，对于在闭区间内的一个连续函数可用一个隐含层的网络来逼近。一个3层的BP网络可以完成任意的n维到m维的映射，因此本研究中BP人工神经网络模型层数取3层，即输入层、隐含层和输出层。根据前文建立的区域发展差异评价指标体系确认BP网络模型的输入节点，所以输入层神经元个数为10；输出层节点数为各区县的区域发展等级，因此本模型输出层节点数确定为1；隐含层个数的确定通过经验公式n=(n+m)1/2+a，确定为5。据此，网络的拓扑结构为10×5×1，其中隐含层神经元为5个，输出层神经元为1个。网络初始权值为［0,1］之间的随机数，最大训练批次为100 000次，最大误差为0.000 1。从输入层到隐含层采用非线性S型传递函数tansig函数，从隐含层到输出层采用线性函数purlin函数，学习规则采用Levenberg2Mar2quardt以保证快速收敛。

（三）评价结果及分析

表2 重庆市一圈两翼地区经济发展差异评价结果

表3 重庆市各区县地区经济发展差异评价结果

1.“一圈两翼”区域发展差异显著。重庆市区域经济发展综合实力差距显著，“一圈”的区域程度最高，“两翼”地区发展指数接近，渝东北地区略高于渝东南地区。一小时经济圈发展指数为3.106，几乎是“两翼”地区的2倍；其次为渝东北地区，发展指数为1.574，发展最差的地区为渝东南地区，发展指数为1.565。“一圈”地区高于全市平均水平，“两翼”地区均低于全市平均水平（见图1）。

“一圈”地区以渝中区为代表，经济发展水平高，各区县经济实力强，富裕程度高，发展速度快，产业基础雄厚，要素配置、管理水平、交通物流等功能相当完善，对周边城镇的资源利用和产业发展具有很大的扩散效应。其中，主城9区是发展最有优势的核心地区。从表2看，主城9区排名都在前13位。除两翼中的发展较好的个别地区外，前20位都为一圈地区的区县。渝东北翼是以万州为核心的三峡库区，生态环境保护任务重大。全市发展最差的区县也在该区域，为城口县，发展指数为1.225。渝东南地区是相对独特的少数民族地区，发展水平滞后。黔江区为该区域的发展核心，发展水平较高，在重庆市40个区县中排名11。“一圈”发展水平最高的区县——渝中区的发展指数为3.543，渝东北、渝东南“两翼”除了万州区、黔江区得分比较靠前，渝东北地区发展水平最高的地区万州区，发展指数为1.715，渝东南地区发展水平最高的区县为黔江区，发展指数为1.848，其他各区、县均排在靠后的位置，这充分说明地带间的差异已十分明显。

2.区域内部县域经济发展不平衡。通过对表2的区域内部县域发展水平的横向比较可以看出，区域内部差异最大的是渝东北翼，渝东南地区次之，差异最小的是一小时经济圈。渝中区、大渡口区等九大主城区的得分值远远高于其他区、县，显然主城区是处于经济高速发展地区，一小时经济圈地区得分值也明显高于两翼的得分值。比较渝东南、渝东北两翼整体分值非常接近，说明两翼在经济与社会发展方面相当。但全市的几个最为贫困的区县，如城口县、巫山县、巫溪县等也分布在渝东北地区，使得渝东北地区的内部分化大于一小时经济圈和渝东南地区。

三、区域经济差异的成因分析

（一）自然和经济基础

一小时经济圈地势低，是重庆区位条件最好、资源环境承载力最强、最适宜人口和产业集聚的区域。两翼地区被大巴山、巫山、武陵山环绕，受自然地理因素的制约和历史条件的影响，基础设施薄弱、经济总量偏小、贫困人口集中，资源优势难以转化为经济优势。其中渝东北地区是长江上游重要的生态屏障，其环境承载力较弱，渝东南地区则是重庆市绝对贫困人口高度集中、贫困发生率和返贫率最高的区域。“两翼”还同属于我国18个集中连片贫困地区。

（二）产业结构因素

一小时经济圈的产业多为金融、商贸和高科技产业、战略性产业，产业相对集聚，产业结构较高级，产业产值占全市比重高。

（三）经济政策因素

自三线建设时期开始重庆就是重点建设地区，形成了以重工业为主的重工业体系。1997年重庆成为直辖市赢得了巨大的发展机遇。三峡工程建设以来，重庆也享受到了巨大的政策优惠。保税港区、国家三号文件的出台、城乡统筹配套改革实验区的设立、两江新区挂牌成立都给重庆市带来了巨大的政策优惠。而这些政策最直接受益的地区是重点发展的一小时经济圈。而两翼地区虽有辐射，但作用小。渝东北地区由于处于三峡库区腹地，更是以生态环境保护为主，发展经济受到自然和政策的双重约束。

（四）文化观念因素

一小时经济圈地区的区位条件和环境特征使其具有更多的开放性，人们的思想观念更新速度较快。自然条件较为优越，经济发达，对外交往频繁，市场经济意识浓厚。两翼地区交通不便、信息闭塞。此外，渝东南地区是少数民族地区，文化具有更多的内向性，表现为较为封闭、独立的文化单元体，严重阻碍了人们观念更新。

四、区域协调发展对策分析

（一）优化空间发展格局

总体来看，重庆市的发展以“一圈”为主导，由“一圈”带动“两翼”发展。在区域内部，“一圈”地区产业基础雄厚，二、三产业发展迅速，交通便利，以主城九区为重点发展区域，辐射周边区县。渝东北地区实行“点-轴”开发模式，以万州为区域中心城市，以长江沿线为轴线，带动丰都、忠县等地的发展。渝东南地区尚处在区域经济发展的初始阶段，城镇化水平带动经济发展水平较弱，目前应重点培育区域中心城市，形成对周边地区有辐射能力的区域经济增长中心，更好地带动周边地区发展。

（二）构建合理的产业布局

重庆市三个区域的经济发展条件和资源禀赋也有较大差异，产业发展必须因地制宜。“一圈”地区是发展的核心区，应大力发展高新技术产业和现代服务业，提高产业层次和产业竞争力，是重庆市建设长江上游经济中心的主要力量。渝东北地区由于地处三峡库区，自身受自然生态环境制约，应积极利用国家对三峡移民的扶持优惠政策，发展特色经济。渝东南地区由于特殊的生态环境和民族地区特性，应大力发展生态农业和民族特色旅游业。

（三）对欠发达地区实行适度的政策倾斜

区域发展要建立有机协调的综合政策体系，但由于区域经济水平的差距而造成的人口、生活质量水平、基础设施、要素流通等方面存在较大差距，所以在综合政策体系的基础上要对欠发达地区实行适度的政策倾斜。首先应加强欠发达地区的基础设施建设，在交通、城镇建设、社会福利、人才引进等方面给予大力优惠政策，加大对口扶持、财政转移支付力度，鼓励欠发达地区招商引资，在改善硬环境的同时注意软环境的建设，缩小区域发展差距，实现区域协调发展。

[1]王朝彬,张安明,王力,等.重庆市县域经济差异及协调发展[J].国土与自然资源研究,2006(3).

[2]彭丽,秦越,苏维词.重庆市县域综合发展水平差异的时空特征分析[J].世界地理研究,2009(3).

[3]刘明皓,汪红群.县域经济综合竞争力测评与区域开发模式构想——以重庆市为例[J].生产力研究.2009(5).

[4]曹学明,张应良.重庆市经济发展水平的区域差异分析[J].重庆工商大学学报,2010(2).

[5]重庆市统计局.重庆市统计年鉴（2010）[Z].重庆：重庆统计出版社，2010.

F299

A

1673-1999（2011）08-0060-03

王殿颖 （1985-），女，内蒙古呼和浩特人，重庆工商大学 （重庆400067）经贸学院硕士研究生,；文传浩（1972-），男，重庆万州人，重庆工商大学长江上游经济研究中心,博士，教授；马文斌（1974-），男，内蒙古呼和浩特人，重庆师范大学经济与管理学院,博士，副教授。

2011-02-23

教育部人文社科规划项目“基于生态系统管理理论的乌江中下游县域生态产业理论与实证研究”（项目编号：08JA790141）；国家社科基金项目（项目编号：08XMZ030）；重庆市社科联项目“渝东南经济不发达地区跨越式发展研究——以生态产业为突破口（项目编号：2009JJ17）”；重庆工商大学创新型项目（项目编号：yjscxx2010-23）。