基于多元分析法的人居环境质量研究

李昕怡

摘 要：目前，我省正处在经济迅速发展的重要时期，城市的人居环境也在迅速进行，如何建设一个适合人类居住的现代化城市，为越来越多的人们所重视，选取22个具体指标对安徽省16个省市城市人居环境质量进行评价，分析了安徽省各城市人居环境发展中的一些问题和实现可持续发展的对策。

关键词：居住环境；主成分分析；聚类分析；综合评价

一、引言

目前，我省正处在经济发展的迅速时期，城市建设也在快速发展，城市人居环境的建设发展问题引起了人们的重视，解决人居环境问题迫在眉睫。近年来，国内外有诸多研究学者主要目的是要分析引起人居环境建设发展差异的原因，但研究者们选取了不同的评价指标进行评价，采用的分析方法也缺乏规范统一，得到的结果也就参差不齐。本文结合实例分析，对人居环境的发展建设进行综合评价研究，不仅能揭示住区环境发展空间差异规律，还可以为各地政府在实施人居环境可持续发展管理和决策时提供科学依据。

二、文献综述

国外的人居环境研究是从城市规划学演变来的，但在发展过程中，随着研究的不断深入，不同学科的研究者加入进来，形成了以下几个主要学派，城市规划学派、人类聚居学派、地理学派和生态学派等。城市规划学派的代表者霍华德（E.Howard）在1898年提出了“田园城市”概念，格迪斯（P.Ggddes）在1915年提出了城市生态问题以及杜克塞迪（Doxiadis）提出的人类聚居学。人类聚居学派的主要代表人物是道萨迪亚斯，也是他创建了人类聚居学派，并逐步形成了独立的学科体系。

在国内人居环境的发展中，吴良镛、周干峙和林志群等人创立了“人居环境科学”，提出了中国人居环境评价方法体系。随后中国学者对人居环境的研究进行了大量的研究，包括定性方法和定量方法。如郑佳等在对中国西北地区城市可持续人居环境的综合评价时采用了因子生态分析法；叶超等人采用主成分分析法对四川省人居环境进行评价，运用生态位适宜度理论进行城市人居环境质量定量研究，并据此构建了适合现代城市发展理念的城市人居环境生态位适宜度模型，为各地区城市人居环境建设提供了理论参考依据。

本文主要是运用主成分分析和聚类分析对人居环境进行质量评价，通过对数据的实际分析，对各省市人居环境发展作出评价和比较，为各省市以后的建设发展做出建议。

三、研究方法

（一）主成分分析的基本概念。主成分分析（CPCA），是数理统计分析领域一种非常重要方法，它是利用降维的思想，将多个变量通过线性变换以选出几个较少的重要变量。通常将通过线性转换选出的较少个重要变量称之为主成分，对于每一个主成分，它们都是由原来的多个变量经过线性转换而来的，而且这些主成分之间是相互独立的。主成分分析的一个重要特征就是利用这些较少的新变量去反映所研究对象时，尽可能多的去反映原来多个变量所反映的信息。

（二）聚类分析的基本概念。本文的评价方法采用k-means聚类法。接受输入量，将个数据对象聚成个不同的类，使得所获得的聚类满足：同一聚类中的对象相似度较高；而不同聚类中的对象相似度较小：1、将所有的样品分成个初始类；2、计算欧几里得距离，依据距离大小将某个样品分到事先确定的个类别中，并对新获得样品与失去样品的类，重新计算中心坐标进行分类；3、重复步骤2，直到满足终止聚类的条件为止。

四、实证研究

构成人居环境的基本因素有经济、社会和生态环境，在此基础上，依据全面性、科学性、简明性、可比性的原则，以统计数据为基础，最后选择了22个指标，构成了人居环境的评价指标体系。

通过MATLAB软件对原始数据进行主成分分析，得到前六个主成分的方差和占方差的比例：

因此，可选择Y1为第一主成分，Y2为第二主成分，Y3为第三主成分，依次类推。这样，原来的22个人居环境指标即转化为六个新指标，起到了降维的作用，使问题得到了简化。根据上式，可计算各个城市的得分和排名，基本情况如下：第一，铜陵市的人居环境最优。其他依次为合肥市、马鞍山市、芜湖市、淮北市、淮南市、黄山市、宣城市、池州市、蚌埠市、滁州市、六安市、安庆市、宿州市、亳州市、阜阳市。第二，各城市的人居环境差别较大。铜陵市的得分最高为1.1452，是排在第二位的合肥市的1.229倍，第三位马鞍山市的1.419倍，而得分最低为阜阳市仅为-0.7415。第三，从全体来看，城市人居环境较差.全省16个中心城市中，10个城市的得分为负值，同时这10个城市的人居环境状况也低于全省平均水平，只有6城市高于平均值。

接下来使用k-means聚类法通过MATLAB软件进行聚类分析，结果见下图1：

图1

从图中可以看出安徽省16个城市被分为三类.第一类是淮北、蚌埠、淮南、滁州、芜湖、宣城、池州、黄山；第二类是亳州、宿州、阜阳、六安、安庆；第三类是合肥、马鞍山、铜陵。符合人们的现实想法.这是因为安徽省南部地区靠近长江，属于湿润季风性气候，适合人类的居住.而安徽北部的城市地区经济发展比中南部较慢，城市环境治理投入力度较小，所以大都属于第二、三类。

由主成分分析的排序结果和聚类分析的分类结果极其相似.聚类分析的第一类同时也是主成分排序的前四名，这充分说明了这两种评价方法相当可靠.第二、三类的城市在主成分排序中的位次也相差无几。合肥、铜陵、马鞍山、芜湖这四个城市的人居环境建设在全省处于领先地位，这也说明了安徽南部的城市建设较北部好。

由此可见，运用主成分分析和聚类分析方法进行人居环境研究，可以很方便地得出人居环境发展的现状，简明直观地揭示导致人居环境区域差异的主要因素，可为政府决策部门在制定城市建设方案时提供理论参考依据。并且，由于计算方法的不同和评价指标选取的差异，导致定量分析有一定的局限性，本文在进行人居环境评价研究时同时使用了定量分析以及定性分析，尽量使评价结果符合客观实际。只有把二者结合起来，才能真正发挥定量分析的作用，得出正确的结论。

（作者单位：华侨大学统计学院）

基金项目：华侨大学研究生科研创新能力培育计划资助项目（1400219003）

参考文献：

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[3] E.Howard.Garden Cities of Tomorrow[M]. Faber and Faber， London， 1946.

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