基于数学建模方法的中国食品安全影响因素分析

孙艺桐 冯心源 翁溢晨

摘要：本文对全球粮食系统进行了重新优化。以中国为例，基于可持续发展的视角，找出了影响中国粮食安全的因素，并建立了两个模型。第一种是主成分分析（PCA），用主成分分析法提取文献总结的27个影响因素中的8个公因子，分别是：经济增长、经济成本、人口发展、生活质量、公平、资源状况、生态状况和环境状况。第二种是结构方程模型（SEM），用来评价这八个因素对粮食安全和可持续发展的影响并对这八个因素进行赋值。最后，相应的可持续发展对应的R2指标为0.873，说明该模型具有较强的解释力。

关键词：食品安全；PCA；SEM；可持续发展

引言

近年来，全球粮食体系一直是世界共同关注的焦点之一。它关系国计民生，其稳定是一个具有经济、环境、社会和发展意义的复杂问题。传统的全球粮食体系是由大量的国家和国际粮食生产者和分销商组成的，这种粮食系统使粮食的生产和分配相对便宜和高效。尽管传统的粮食系统效率极高，粮食产量足以解决世界人口的温饱问题，但饥饿仍然存在于每个国家。此外，传统的食品体系追求效率和利润最大化。这种现阶段只追求高产、不考虑子孙后代生存的粮食体系，最终会给生态环境带来不可逆转的破坏。随着全球人口的不断增加，全球人口所需的粮食数量也在逐年增加。在维护全球生态系统正常运行的条件下，如何充分、可持续地利用现有自然资源显得尤为重要。

考虑到日益严重的全球环境和人口问题，传统的粮食体系不能有效保障粮食分配的公平性和自然资源的可持续利用。我们需要在保持原有效率和盈利能力的同时进行优化。本文中以中国为例，基于可持续发展的视角，建立模型找出了影响中国粮食安全的因素。

1. 主成分分析法（PCA）

以中国为例，通过查找文献与资料，总结出27项和粮食安全与可持续发展相关的影响因素，并找出从1996年-2016年有关这27个影响因素的全部数据，数据全部来源于世界银行、统计年鉴等官方网站，具有一定的真实性与准确性，以此得到影响公平性与可持续发展的关键性因素。在上文中我们共提取了27个影响指标，本文使用因子分析法（FA），通过使用综合变量代替原来的许多变量，以达到简化数据和揭示变量间关系的目的。

该过程运用SPSS 25.0软件，以KMO值大于0.7和Sig值小于0.00为标准，经过指标间的多次组构、论证八大变量，并采用KMO和 Bartlett 球形检验依次分析六大变量的效度。其适用性检验结果见表，本次研究的KMO=0.822>0.7，证明利用因子分析进行影响指标研究可行；显著水平即Sig值为0.000<0.01，可拒绝相关矩阵为单位矩阵的原假设，说明相关矩阵与单位矩阵存在较大差异，数据来自正态分布主体。因此，该统计数据适合开展因子分析。且本次因子提取共提取出八个公因子来代替27个因子，根据因子特征来为八个公因子进行命名，分别为：经济增加、经济成本、人口发展、生活质量、公平性、资源状况、生态状况与环境状况。

2. 主成分分析模型

将提出的主要成分通过结构方程模型，建立、估计和检验各个因素与粮食公平性和可持续发展之间的因果关系，确定各成分相关关系的方向及紧密程度。

综上所述，该结构方程模型可以很好地解释可持续发展与经济增长，且其中总结出的影响因素也具有典型性，为后文进行集群分析奠定了基础。

3. 回归分析

过建立模型一、模型二，我们得到了对一个对国家可持续发展水平有影响的因素。

在回归分析的基础上，对模型一的中国数据进行分析，得到答案。

根據回归分析，我们得到了中国发展水平的回归曲线。由图中可知，截至目前，中国还未达到可持续发展指数的最好值，但预计在2030年可以达到最高水平可持续生产范围的最低值。

结论

目前的政策在发展阶段更偏重于效率与盈利能力的提高，但到目前为止，仍然有许多人受到饥饿的困扰。此外，追求高生产率也带来了环境严重污染、资源迅速消耗等负面影响。因此，我们调整了全球粮食系统结构，将公平性与可持续性放在首位，通过文献与资料的查找，我们发现：一个粮食系统如果优化了公平和可持续性，在传统粮食系统以效率与盈利能力为主的基础上，将生产的足够多的粮食进行公平合理地分配，解决每一位公民的温饱问题，同时将剩余资源进行更有效地利用，开发新型能源，做到可持续发展。

在经济实力较高的国家，解决了传统粮食系统中一味追求效率与盈利能力而忽视的污染问题，同时也逐渐缩小了贫富差距。

在经济实力较低的国家，解决了不同地区间粮食分配不平等的现象，对生产资源进行了可持续性利用，同时也在不断提高国家的整体经济实力。