基于PCA和GMDH的产业结构转换研究

张丽丽，何跃

（四川大学工商管理学院，成都610064）

基于PCA和GMDH的产业结构转换研究

张丽丽，何跃

（四川大学工商管理学院，成都610064）

采用主成分分析方法综合评价产业结构转换能力，然后采用GMDH方法来研究产业比重分布对产业结构转换能力的影响。文章对四川省1991～2008年间的产业结构转换进行了实证分析，研究表明：在工业化进行阶段，增强产业结构转换能力的关键是提高第二产业的相对比重，操之过急的发展第三产业会削弱产业结构转换能力。

产业结构；转换能力；主成分分析；GMDH

0 引言

产业升级是各省市及全国范围内高度认同的经济发展战略，产业结构的演进具有内在规律性，是由低级向高级不可跨越式进行的，所以在产业升级这个战略框架下，对处在工业化阶段的经济体从时间角度来研究其产业结构转换能力及方向是有意义的，使其更好落实产业升级战略设计基点。

本文采用主成分分析方法对产业结构转换能力进行了综合评价和比较，然后采用GMDH方法求出产业比重分布对产业结构转换能力的影响，分析增强产业结构转换能力的产业结构转换方向。

本文以四川省1991～2008年间的产业结构转换进行了实证分析，通过主成分分析方法对产业结构转换能力进行了综合评价，并指出了影响和制约四川省产业结构的转化能力的因素，然后用GMDH方法构建了产业结构转换能力与三次产业比重之间的关系模型，最后得出：在工业化进行阶段，大力发展第二产业是增强产业结构转换能力的关键因素，若工业化未完成，过早的发展第三产业是会削弱产业结构转换能力，所以在工业化进行阶段，四川省产业升级战略的设计的基点应该是走新型工业化的道路，大力发展第二产业，而不是过早地进行产业结构向第三产业转换。

1 相关理论介绍

1.1 主成分分析方法

主成分分析的基本思想是根据根据变量之间的相关性，通过处理用较少的不相关的变量来代替原来较多的变量，并尽可能的反映原来多变量的信息，从而到达降维效果及非主观的指标权重赋值，能够使多指标衡量的综合评价更客观合理。

主成分分析方法的主要步骤：

（1）数据的标准化处理。由于数据的单位或计量单位的不同，需要先对其进行标准化处理，即，其中S=，n表示样本容量。

（2）指标之间的相关性判定；

（3）确定主成份个数m；

（4）主成份Yi表达式；

（5）主成份Yi的命名；

1.2 GMDH方法

数据分组处理方法GMDH(Group Method ofData Handling)是自组织理论数据挖掘的核心，是基于神经网络和计算机科学的迅速发展而产生和发展起来的。

数据分组处理方法算法的基本步骤如下：

（1）将已知的N次观测数据样本划分为训练集A和检测集B(N=A+B）.

（2）建立“参考函数”。经典的K-G多项式如下：

（3）从具有“外补充”性质的标准选择准则表中选出目标准则即外准则。最常用的外准测例如正则化准测：

其中，yB为在样本B上得到的实际输出；y赞B(A)指用样本集A上得到的模型系数估计，在样本集B上作出的输出估计。

（4）基于“参考函数”对局部函数分类。

（5）在学习集A上通过参数估计方法估计所有局部模型的系数。

（6）根据所选择的外准则，在检测集B检验局部模型的性质。

选择具有最佳性质的函数作为最优模型。如不满意，选择F个较好的模型函数（F称为选择自由度）继续分析。

2 实证分析

2.1 产业结构转换能力综合评价的指标体系

对于产业系统的发展有三大影响因素，即投入因素、制约因素和政策因素。而某个地区的产业结构转换能力是一个综合概念，需要结合这三大影响因素，从供给、需求、技术进步和结构本身等方面来寻找指标，本着指标选取的四大基本原则，本文选择了X1至X9指标（见表1）来综合评价四川省的产业结构转换能力。

表1 四川省产业结构转换能力评价指标说明

2.2 运用PCA对四川省产业结构转换能力进行综合评价

我们通过主成分分析，探求影响四川产业结构转换能力的主要因素，并对四川省各阶段的产业结构转换能力进行综合评价。

（1）数据搜集。根据四川省统计年鉴，整理出各个指标在1991～2008年的具体数值。

（2）数据的处理与分析。先对原始数据进行标准化处理，再利用SPSS软件[7]对标准化处理后的数据进行因子分析，得到KMO=0.764，通过Barelett的球形度检验，判断其适合做因子分析，依据累计贡献率大于85%的原则来确定因子的数目，从表2中我们可以看出前两个因子的累计贡献率为89.38%，则确定有两个主成份，其特征根λ1=5.683，λ2=2.361，对应的的特征向量为F1,F2，其中F1,F2是由SPSS软件因子分析模块直接给出，而主成分Yi是需要通过Yi=Fi/公式转换得来。因此最终得到的主成份分析的结果如表2所示。

表2 主成分分析结果

则主成分Y1与Y2的线性组合如下所示：

Y1=0.4161X1+0.4165X2+0.3561X3+0.0348X4+0.4153X5+ 0.4061X6+0.3964X7-0.1753X8-0.0013X9

Y2=-0.0540X1-0.1488X2+0.2955X3+0.5675X4-0.0814X5-0.1549X6-0.1549X7-0.4380X8+0.5825X9

其中xij均是标准化处理后的值。从因子载荷分析，人均GDP(x1)、劳动生产率(x2)、消费水平(x5)、农民人均收入(x6)、城镇化比例(x7)在第一因子上占有较大载荷，主要反映的是技术创新水平和需求因素，称其为技术需求因子；GDP的增速(x4)、工业产值利税率(x8)、外贸依赖度(x9)在第二因子上占有较大载荷，主要反映的是经济发展速度和对外出口需求的因素，称其为速度出口因子；对照表1我们可以总结出经济积累、技术创新、消费、工业效益是影响产业结构转换的主要因素。以因子的贡献率占累计贡献率的比重作为其权重加权求出四川省产业结构转换能力的综合评价模型：

Y=0.707Y1+0.293Y2

（3）评价结果与分析。分别求出四川省自1991～2008年各年度的第一、第二主成分值，计算各年度的产业结构转换综合能力，结果见表3。

表3 各主成份得分及综合排序

从表3可以看出以下情况：

首先从排列顺序，我们可以看出从1991～2008年四川省产业结构转换能力是增强趋势，但是在1997～2002年却一度出现了综合分值转弱的趋势。

再进一步分析中，可以看出第二因子的作用分布与综合得分基本一致，第二因子的得分从1991～1996年是呈现增长趋势的，但是在1997～2002年同综合得分一样一度出现了下降趋势。在第二因子中经济发展速度、工业效益因素和外部需求占有较大的载核，因此加快经济发展速度，提高工业效益，扩大对外开放的广度和深化对外开放的深度是提高四川省产业结构转换能力的重要因素。

2.3 运用GMDH分析产业比重分布对产业结构转换能力的影响

利用各阶段的产业结构转换能力的综合得分值（表3），运用GMDH方法分析产业比重分布对产业结构转换能力的影响关系。

以产业结构转换能力的综合得分值为因变量，自变量是三次产业占GDP的比重αi,j=1,2,3,表示第j产业的比重，且在knowledge miner软件中代入1991～2008年的产业结构转换能力的综合得分及三次产业占GDP的比重数据，得到如下输入输出方程：

Y=-58.91*α1-46.32*α3+31.1

从样本数据的时间跨度上来看，对这个模型更准确的定义应该是模拟工业化进行阶段产业比重分布对产业结构转换能力的影响。

因此，通过这个模型，我们可以看出在工业化进行阶段，产业结构转换能力与第二产业的比重是成正向关系的，第一产业、第三产业的比重是呈反向关系，同时第一产业单位比重的变动要比第三产业单位比重更能增强产业结构转换能力。所以在工业化阶段，第一产业和第三产业比重的相对降低能增强产业结构转换能力，也就是说相对的提高第二产业比重是增强产业结构转换能力的关键。

再进一步的分析中，我们可以得出，在工业未完成时，进行过激的产业结构转换，即过早的发展第三产业，是会降低产业结构转换能力。

2.4 分析四川省产业结构转换方向

下面我们对四川省在1991～2008年其间的产业结构转换方向进行研究，我们从三大产业的增长速度与GDP的增长速度出发，依据其之间存在[1]的关系，其中βi表示某个产业的变动系数，πi表示某产业的增长速度，vp表示GDP的增长速度；求得各个产业的变动系数如表4所示。

表4 四川省的第一、二、三产业的变动系数

文献[1]把产业结构调整方向划分为八类，从表4可以看出四川省的产业结构调整方向大致分为1991～1996年并行阶段，其中β1<1，β2>1，β3>1,1997～2002年的激进阶段，其中β1<1，β2>1，β3>1,2003～2008年的进行阶段，其中β1<1，β2>1，β3>1；

分析1991～1996年的并行阶段，这个阶段是产业结构演进的第一个阶段，即劳动力由第一产业向第二产业过渡的阶段，此时出现了第三产业和第二产业并行增长的阶段；分析1997～2002年的激进阶段的产业结构转换方向，我们可以看出其间的第三产业的变动系数是大于第二产业的变动系数的，表明该阶段是要实现的产业结构演进的第二个阶段，即劳动力由第二产业向第三产业过度的阶段。但是产业结构向第二阶段的演进需要工业化的完成，需要物质实力的积累，很明显四川省在1996年并未完成工业化任务，产业结构转换能力还不是很强，未达到进行质变的度，所以在1997～ 2002年进行的产业结构转换方向是不合理的，是过激的转换。同时结合表3的分析1997～2002年的产业结构转换能力是被削弱的。因此我们在进行产业结构调整时一定要遵循产业结构演进的内在规律，注意质变前量的积累。分析2003～ 2008年的进行阶段，该阶段是四川省进行工业化阶段，为产业结构的第二阶段的转换奠定物质基础，同时四川省的产业结构转换能力也是在逐步提高的。

3 结语

本论文采用主成分分析方法对产业结构转换能力进行纵向的综合评价，得出个时期的综合分值，再采用GMDH方法研究三次产业比重分布对产业结构转换能力得分值之间的影响，为设计产业升级战略找到基点。

本文对四川省1991～2008年的数据进行了实证分析，得到了以下结论：

（1）影响四川省产业结构转换能力的主要因素是经济发展速度、工业效益因素和外部需求，因此加快地区经济发展的速度，提高工业产值利税能力，扩大外贸需求，深化对外开发的程度，是增强四川省产业结构转换能力的关键因素。

（2）产业结构的转换需要量的积累，尤其是在实现第二阶段的演进，需要工业化完成基础设施的建设、实现人们消费达到一定的水平和档次等众多物质条件的实现，不能操之过急，不然就会欲速则不达，破坏经济体的稳步发展。

（3）产业结构转换方向的合理性是增强产业结构转换能力的前提，而产业结构转换能力的增强是进行合理化产业结构转换方向的基础。

(4)在工业化进行阶段，四川省产业升级这一战略设计基点应该是走新型工业化道路，这也是基于阶段性国情的产业升级战略，应当提高高新技术产业所占比重，增强制造业在研发、设计、品牌营销等环节的盈利能力，培育工业产业较强的国际竞争力，而不是过早的去发展第三产业，提高第三产业的相对比重。

[1]贺昌政．自组织数据挖掘与经济预测[M]．北京：科学出版社，2005.

[2]霍叶青,何跃.基于GMDH和DEA的我国西部区域经济运行效率的评价研究[J].商业时代,2010,(7).

[3]张涛.区域产业结构分类及其转换能力评价-以河南省为例[J].地域研究与开发,2001,20(2).

[4]马庆国.管理统计-数据获取、统计原理、SPSS工具与应用研究[M].北京：科学出版社,2002.

[5]王国平.基于阶段性国情的产业升级战略选择[J].毛泽东邓小平理论研究,2009,(10).

[6]王岳平.“十二五”时期产业结构调整的基本思路[J].理论参考.2009, (12).

[7]王国平.经济结构调整科学化的若干思路[J].江苏行政学院学报, 2009,(2).

（责任编辑/易永生）

F061.5

A

1002－6487（2011）05－0124-03

国家自然科学基金资助项目（70771067）

张丽丽（1988-），女，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向：数据挖掘、信息管理。

何跃（1961-），男，重庆人，博士，副教授，研究方向：宏观经济、数据挖掘、决策支持系统。