基于熵值法的生态文明建设评价与预测

赵庆宇， 朱家明，杨　洋， 钱舒婷

（安徽财经大学 a.金融学院；b.统计与应用数学学院，安徽 蚌埠　233030）

基于熵值法的生态文明建设评价与预测

赵庆宇a， 朱家明b*，杨洋a， 钱舒婷a

（安徽财经大学 a.金融学院；b.统计与应用数学学院，安徽 蚌埠233030）

针对生态文明建设的评价，使用加权乘法合成法、线性加权法、最小二乘法等方法，构建生态文明建设综合评价和灰色预测模型，运用MATLAB软件编程求解，得到全国和各省生态文明建设量化情况及对未来的预测，最后结合结果选取最有代表性的省提出改进措施并对改进后的结果做出预测。

生态文明建设；灰色预测；线性加权法；熵值法；加权乘法合成法

随着我国经济发展，生态文明建设越来越重要。党的十七大报告第一次提出了“建设生态文明的思想”，十八大报告明确指出将生态文明建设、政治建设、文化建设、社会建设相并列，形成建设中国特色社会五位一体的总布局。因此，建立一套我国的生态文明建设评级体系和评估方法，加快地区生态文明建设进程是具有重要现实意义，我们旨在科学有效的数学建模的基础上对此问题进行分析。本文第一部分利用线性加权合成法定义了全国生态文明建设的综合评价模型，从总体上看我国的生态文明建设情况；在第一部分的基础上进行改进，第二部分中利用线性加权法建立各省具体建设指标评价模型，从不同省（直辖市）的角度看我国的生态文明建设情况。最后，第三部分建立灰色预测模型准确预测省市未来发展状况，在假设政府改进具体力度的前提下预测采取措施后的落后省发展状况，为生态文明建设较为落后的省提供参考。

核污染对人们的心灵震撼和潜在危害引发了人们对生态环境问题的普遍重视。在国外，20世纪60年代以后，环保意识和环保运动在西方发达国家兴起并引发对生态环境问题进行科学研究。出于对环境污染状况和原因的科学探求需要，以及人与自然之间相互作用关系的科学认识需要，引发了人们对生态学的普遍重视，从而大大推动了生态学的发展及其相关的环境科学的产生，促进了人们对生态环境问题的科学研究，为人们环境意识的提高和环境保护运动的发展提供了科学依据。在社会实践领域，随着环境保护运动发展，对现实环境污染和破坏的治理要求，也开始在社会政治生活中产生重要影响，并导致有关环境立法的产生和世界“环境日”确定。纵观这一时期对生态环境问题的认识和实践活动，总体上还表现为对某一局部地区或国家，特别是发达国家所出现的环境污染的认识和治理要求，只是把环境污染看作是影响社会发展的一个不容忽视的问题而加以研究和解决的，而没有充分认识到生态危机的全球性及其对人类文明发展的长远影响。即便如此，这却为人们将自然纳入其社会发展的视野中并从社会文明发展的高度去看待生态环境问题奠定了思想基础。随着时间的推进，生态危机不仅没有消除，反而越来越严重并呈现出全球性的特征。为此，人们不得不从人类文明发展的高度去看待全球性的生态危机，重新审视人与自然的关系，变革传统的生态环境观从社会文明建设的角度去改变人们的生产方式、生活方式和思维方式，采取有效的措施控制污染、保护生态环境，并进行广泛的国际合作，以实现人类的可持续发展。尽管这些理论成果对中国的理论研究和社会实践具有重要的借鉴意义，但其中也不乏思想糟粕，如生态霸权主义、生态殖民主义等思想。这些思想在国际事物中都有表现，如发达资本主义国家在生态环境保护上的双重标准，对世界自然资源的垄断和掠夺，对欠发达国家的污染转移等。

在国内，对生态文明的研究主要包括如下几个方面。关于生态文明的涵义：任恢忠和刘月生在《生态文明论纲》中指出“生态文明是指人类在改造自然界的同时又主动保护自然界，积极改善和优化人与自然的关系，建设良好的生态环境所取得的物质成果、精神成果和制度成果的总和。它是生态生产发展水平及其积极成果的体现，是社会文明在人类赖以生存的自然环境领域的扩展和延伸，是社会文明的生态化表现”。国家环保局副局长潘岳认为生态文明是人们在改造客观物质世界的同时，不断克服改造过程中的负面效应，积极改善和优化人与自然、人与人的关系，建设有序的生态运行机制和良好的生态环境所取得的物质、精神、制度成果的总和。

生态文明的地位、作用及独立性：生态文明与物质文明、精神文明、政治文明之间的关系，实际上也是生态文明在文明结构中的地位问题，比较全面的观点为张云飞在《试论生态文明在文明系统中的地位和作用》中指出的“在整个人类文明系统中，生态文明事实上构成了物质文明、政治文明和精神文明的物质外壳。随着社会生产力的进步和人类改造和保护自然能力的增强，这一物质外壳在日益拓展其厚度、深度和广度。这样，就促使社会结构的三个基本的层次改变自己的存在方式，以适应这种发展。在这个过程中，这一物质外壳己经从物质文明、政治文明和精神文明中独立出来，成为了一种专门的文明形式。因此，从社会的结构层次上来看，人类文明就是由物质文明、政治文明、精神文明和生态文明构成的一个整体文明系统”。

关于生态文明与科学技术的关系：有些学者认为，科学技术是现代工业文明的基石，人类运用不断发展的科学技术改造自然，改造社会，创造并实现了今天的物质文明和精神文明，在人类发展史上写下了辉煌的一页。但与此同时，人类与自然关系的不断恶化及一系列全球性生态问题的出现，也是科学技术的伴生物，表明现代科学技术具有明显的二律背反性。作为一种比工业文明更先进、更高级的文明形态—生态文明，其发展也依赖科学技术的进步，但为了避免科学技术在工业文明中产生的种种问题，必须对科学技术进行生态化的改造，按照生态学原理的要求进行科学技术的研究、发展、管理与应用。

关于生态文明建设与科学发展观：胡锦涛总书记在十七大报告中强调，“要建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式和消费模式。循环经济形成较大规模，可再生能源比重显著上升。主要污染物排放得到有效控制，生态环境质量明显改善。生态文明观念在全社会牢固树立”。学术界对于生态文明建设与科学发展观的关系基本上达成共识，即生态文明建设必须以科学发展观为指导。建设中国特色社会主义，必须建立符合社会发展要求的文明形态。生态文明建设必须以科学发展观为指导，从思想观念上实现三大转变从传统的“向自然宣战”、“征服自然”等理念，向树立“人与自然和谐相处”的理念转变必须从粗放型的以过度消耗资源破坏环境为代价的增长模式，想增强可持续发展能力、实现经济社会又好又快发展的模式转变必须从把增长简单地等同于发展的观念、重物轻人的发展观念，向以人的全面发展为核心的发展理念转变。

1　我国生态文明建设的综合评价

1.1研究思路

对现有的生态文明建设的评价指标进行分析选择重要的、可行的10个评价指标，根据全国的相应指标数据，确定评价指标权重的大小模型［1］；再由权重的大小，结合经济发展的情况建立综合评价模型，对我国逐年生态文明建设进行评价并建立和年份之间的线性相关模型［2］。最后，利用MATLAB、EVIEWS进行求解，得到我国生态文明建设逐年的综合评价得分和与时间的量化关系［5］。

1.2研究方法

1.2.1数据处理

对生态文明建设评价指标体系的评价范围可以分为四类：生态经济、生态环境、生态社会、政府保障。其中每类选取了最具代表性的指标作为评价某个地区生态文明建设的二级指标如表1和表2所示。

针对选取出的10个指标，结合表2中数据，利用熵值法求得各级指标的权重［3］，步骤为：

（1）分正逆指标进行标准化处理；（2）计算信息熵和信息熵冗余度；（3）计算指标权重；（4）计算单指标评价得分。

表1　本问题提出生态文明建设评价指标体系

表2　二级指标数据

1.2.2建立模型

计算综合评价得分，考虑到每个指标有不同的权重，采用带权重的乘法合成法［4］，公式为：其中，x′代表与x呈反向变化的另一类指标的评价值，若x为正指标，x′则为逆指标，m代表x′类指标的个数，wi为权重系数（见表3权重系数表），n表示评价指标的个数，y为综合评价得分。对公式（1），利用MATLAB进行计算［5］，得到表4：

利用计算出的综合评价得分，利用EVIEWS建立线性回归模型观察其与时间的关系。

1.3研究结果

从（2）的回归估计的结果看，模型拟合较好。可决系数R2=0.998 046，样本对模型的拟合程度较高。F=2 386.849＞＞F（1，6）=13.7，模型在a=0.01的置信区间下可以通过。prob（t）=0，模型解释变量显著。说明我国的生态文明建设不仅逐年改善，还可以用（2）进行预测。每增加一年，我国生态文明建设总指标增加0.015 855。

表3　各生态文明建设指标权重表

表4　2006-2013年我国生态文明建设综合评价得分

2　十个省生态文明建设的各指标评价

2.1研究思路

根据地理位置，从华北地区、华东地区、西南地区、西北地区四个地区中选取；再根据经济发达程度的不同，选取出具有不同水平的代表性的十个省（市）。结合问题二建立的数学模型对这十个省（市）生态文明建设的程度进行评价，数据来源为国家统计局网，利用线性加权法计算各省生态文明各评价指标［6］。

2.2研究方法

2.2.1数据处理

分正逆指标进行标准化处理。

2.2.2建立模型

（1）对附表中的数据进行无量纲处理［10］。

对正指标，

对逆指标，

bij表示i省 j评价指标的无量纲数据，aij表示i省，j评价指标的标准化数据。

（2）分别对每一类下的指标赋权相乘再加和，利用线性加权综合法建立应用线性模型来进行综合评价的方法。公式如下

其中n为每个一级指标下的二级指标个数。从而得到矩阵［c1c2c3c4］，进而分别得出十个省每类指标评分具体数值及高低情况。

（3）应用相同的方法，得到各省生态文明建设总指标c5比较各省生态文明建设总指标的高低情况。

2.3研究结果

利用MATLAB求解，整理得表5和表6。

二级指标的比较方法为对每一指标下的数值由大到小排列，数值越大说明这一指标的建设越好。如据表6，北京、天津、上海、江苏的人均GDP较高，而河北、贵州、青海人均GDP较低。一级指标的比较方法同二级指标的比较方法，数值越大说明这一类指标的建设越好。图1可以直观体现。如北京、天津、江苏的生态经济建设相对较好，而贵州、青海则相对较差；北京、福建、青海的生态环境建设影响相对较好，而江苏、河北的则相对较差。

3　基于灰色预测对生态文明建设落后地区的研究

3.1研究思路

以生态文明建设落后的青海省为例，对2008-2014年较为落后的三个指标进行灰色预测［7］；假设政府采取不同力度的改进措施，利用MATLAB编程进行灰色预测模型的求解，得出某一指标到2017年能否达到全国平均水平［8］。

3.2研究方法

（1）青海省地区GDP能耗的灰色预测

根据青海省2008-2014年的GDP万元能耗吨标准煤历史数据，对2015-2017年的居民人均可支配收入进行灰色预测，得到图2。分析可得青海省地区GDP能耗在2008-2017年间平均环比下降8.576%，到2017年能耗达到1.275 6吨标准煤/万元，远低于全国平均水平。

图1　10个省一级指标蛛网图

表5　2014年10个省二级指标评分

表6　2014年10个省一级指标评分

假设政府从2009年初开始，在2009-2014年间采取措施，如调动企业热情参与，使“环保入户行动”内容更加充实等。使得接下来每年地区GDP能耗平均环比下降10%，则将2008-2014年数据处理为2.940，2.646，2.381，2.143，1.929，1.736，1.563再进行预测，得表7。

（2）青海省城镇居民人均可支配收入的预测

根据青海省2008-2014年的人均可支配收入/元历史数据，对2015-2017年的居民人均可支配收入进行灰色预测，得到图3。

分析可得青海省城镇居民人均可支配收入在2008-2017年间平均环比上升10.689%，若政府不采取措施，到2017年青海省镇居民人均可支配收入为3.253 8万元。万张。

表7　改进前后地区GDP能耗（吨标准煤/万元）

图2　历史地区GDP能耗灰色预测图

图3　历史城镇居民人均可支配收入灰色预测图

假设政府从2009年初开始，在2009-2014年间采取措施，如采取企业优惠政策，支持创业，调动市场等。使得接下来每年地区GDP能耗平均环比上升12%，则将2008-2014年数据处理为11 640.40，13 037.25，14 601.72，16 353.92，18 316.39，20 514.36，2 461.723 2再进行预测，得表8。

表8　改进前后地区城镇居民人均可支配收入（万元）

（3）青海省卫生机构床位数

根据青海省2008-2014年的卫生机构床位数历史数据，对2015-2017年的机构床位数进行灰色预测，得到图4。

图4　历史卫生机构床位数灰色预测图

分析可得青海省卫生机构床位数在2008-2017年间平均环比上升10.13%，若政府不采取措施，到2017年青海省卫生机构床位数为4.138 5

假设政府从2009年初开始，在2009-2014年间采取措施，如加大医疗设备投入，提高卫生机构人员素质以降低设备损耗等。使得接下来每年青海省卫生机构床位数环比上升13%，则将2008-2014年数据处理为1.8，2.034，2.298 42，2.597 2，2.934 9，3.316 4，3.747 5再进行预测，得表9。

表9　据历史数据预测的青海省卫生机构床位数（万张）

3.3研究结果

若政府采取措施使得每年青海省GDP能耗环比下降10%，则到2015年青海省GDP能耗为1.405 7吨标准煤/万元，2016年为1.265 3吨标准煤/万元，2017年则为1.138 9吨标准煤/万元，基本达到全国平均水平。

若政府采取措施使得每年青海省城镇居民人均可支配收入上升12%，则到2015年青海省城镇居民人均可支配收入为2.568 5万元，2016年为2.876万元，2017年则为3.221 2万元，基本达到全国平均水平。

若政府采取措施使得卫生机构床位数/万张上升13%，则到2015年青海省卫生机构床位数为4.225 2万张，2016年为4.773 8万张，2017年则为5.393 6万张，人均医疗机构卫生床数基本达到全国平均水平。

4　总结

据各指标重要性的不同，本文对我国生态文

因此，全纯截曲率存在一个负上界，则由文献［10］知定理2成立。明建设的综合评价定义了赋权重的乘法合成法，使综合评价更加准确可靠。另外还借助正逆性的思想，基于线性加权法对十个省的生态文明建设各指标进行评价，各省一、二级指标的生态文明建设可以定量的比较并表达出来。辅以各种清晰的图、表、模型，简洁实用。基于MATLAB对青海省的灰色预测模型也适用于其他省份，可以估计改进后的落后项在2017年能否达到全国平均水平。基于之前建立的三种模型，可以及时监督和考核国家和各省份指标的完成情况，着重考虑方案实施的可操作性［9］。第一部分做出了我国生态文明建设的预测模型，每增加一年，我国生态文明建设总指标增加0.015 855，我国的生态文明建设逐年改善。第二部分从各个省（直辖市）的角度建立模型，得出北京、天津、江苏的生态经济建设相对较好，而贵州、青海则相对较差等结论。第三部分以生态文明建设落后的青海省为例，建立灰色预测模型，估计其改进后的落后指标在2017年是否能达到全国平均，如研究第三部分结果表述的，若政府采取适当改进力度，其落后指标基本能达到全国平均水平。

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Evaluation and prediction of ecological civilization construction based on modeling

ZHAO Qing-yua， ZHU Jia-mingb*，YANG Yanga， QIAN Shu-tinga

（a.School of Finance；b.School of Statistics and Applied Maths，Anhui University of Finance and Economy，Bengbu Anhui 233030，China.）

For the evaluation of ecological civilization construction，using weighted multiplication synthesis method，linear weighted method，least squares method，Ecological Civilization Construction Comprehensive Evaluation and gray prediction model was constructed，using MATLAB software programming to get the situation of the national and Provincial Ecological Civilization Construction and forecast of the future，and finally combined with the results of the selection of the most representative province improvement measures were proposed and forecast was made of the improved results.

ecological civilization construction；grey prediction；linear weighted method；entropy method；weighted multiplicative synthesis

X823

A

1004-4329（2016）02-017-07

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2016）02-017-07

2016-1-12

国家自然科学项目（11301001）；安徽财经大学教研项目（acjyzd201429）资助。

朱家明（1973－），男，硕士，副教授，研究方向：应用数学与数学建模。Email：zhujm1973@163.com。