運用混合聚類法對兩型社會農業發展狀況的評價

賀正楚，翟歡歡，張 銳

（1.長沙理工大學經管學院，湖南 長沙 410076；2.湖南農業大學經濟學院 湖南 長沙 410128）

1 兩型社會農業的涵義

我國農村改革與發展的基本目標就是：2020年，要基本形成“資源節約型和環境友好型社會”（簡稱“兩型社會”）農業生產體系。這是建設我國新農村的重大戰略要求，是實現農業生產可持續發展、建設中國特色現代化農業的必由之路。“兩型社會”定義于農業，就是“資源節約型農業”和“環境友好型農業”，即“兩型社會農業”。所謂資源節約型農業，是以節地、節水為中心的集約化農業生產體系，包括發展多熟制種植，提倡立體多層農業，采取先進的灌溉制度和灌溉技術以及科學的施肥制度等節時、節地、節水、節能、高效低耗的集約化農業。所謂環境友好型農業，是以循環農業為中心的清潔農業生產體系，包括減量使用農藥、化肥和地膜，改進種植養殖技術，發展農業生態工程、健康養殖工程、廢棄物循環再利用工程，實現農業生產無害化和農業廢棄物的資源化。

從資源節約型農業和環境友好型農業的各自內涵出發，所謂“兩型社會農業”，就是按照科學發展觀的要求，緊緊圍繞轉變農業發展方式，以提高資源利用效率和生態環境保護為核心，以節地、節水、節肥、節藥、節種、節能、資源綜合循環利用和農業生態環境建設保護為重點，大力推廣應用節約型的耕作、播種、施肥、施藥、秸稈綜合利用等技術，注重水土保持和生態建設等環保型技術，大力培養農民和農業企業的資源節約和環境保護觀念，大力發展循環農業、生態農業、集約農業等有利于節約資源和保護環境的農業形態，以促進農業實現可持續發展。

“兩型社會農業”作為一種新型的農業生產方式和一種生產體系，具有如下基本特征：（1）經濟效益和生態效益高度統一于生產體系中。對可再生資源用養并重，實現永續利用。對非再生資源實行開發利用，邊開發邊使用。在農業內部結構上，實行一業為主，多種經營，立體種植、種養結合，逐步實現“整體、協調、循環、再生”生產模式，提高資源利用率和農業生態系統的生產力。（2）循環型生態農業發展模式成為農業發展的主導模式。農業生產資源在農業生產系統內被循環使用和重復利用，農藥、獸藥、肥料、飼料、燃料和其他原材料，要盡可能減少投入，農林牧副漁產品及其加工制品，要盡可能多地產出，獲得生產發展、環境改善、生態保護、能量消耗降低以及資源再生利用、農產品質量安全和經濟效益提高的綜合效果。（3）農業可持續發展能力不斷增強、農產品有效供給得到保障。要保證農產品生產的總量、結構、質量和效益相統一，農業發展與人口資源環境相協調，農業生產的生態環境與自然和諧友好，農民生活水平顯著提高。

2 “兩型社會農業”的評價

要發展“兩型社會農業”，首先需要解決其評價問題。如果不能準確地評價，就不能準確把握“兩型社會農業”的發展態勢，就不可能客觀地、有針對性地提出發展“兩型社會農業”的建議和對策，提升區域農業競爭力也無從談起。“兩型社會農業”發展狀況是以區域農業生產條件為基礎，以區域農業的資源節約型、環境友好型為前提，以區域農業生產資源得到節約與農業成長環境得到改善為途徑，以區域農業產出效益為目標，涵蓋區域農業本身以及區域內部有關要素、關系和行為多方面的綜合系統。

對“兩型社會農業”的討論，目前多集中于理論層面，缺乏像“和諧社會”指標體系那樣的量化指標。“兩型社會農業”的評價體系還未建立，對其生產的考核也無標準。這種狀況導致政府部門在決策時缺少依據，執行部門在執行時缺乏方向。

適用于“兩型社會農業”發展狀況的系統評價方法有很多，但是，采用基于K-means聚類和層次聚類的混合聚類方法，針對省級區域“兩型社會農業”發展狀況進行評價的相關研究，目前還未見于有關文獻資料。而研究湖南省各市州“兩型社會農業”的發展狀況，對于定位和調整省內各市州的區域農業功能，促進人口、經濟與資源環境的相互協調，進而推動社會經濟健康發展，具有重要的現實意義。筆者結合湖南省的實際情況，針對“兩型社會農業”的各市州區域發展狀況的指標體系和劃分方法進行研究，提出湖南各市州“兩型社會農業”發展狀況的評價方案，以期為建立新時期湖南省區域農業發展政策提供指導，為有關部門提供決策參考。

3 “兩型社會農業”發展狀況的評價指標體系

“兩型社會農業”是我國首次提出的概念，雖然很多研究者對“兩型社會農業”的評價問題進行了不少研究，但在“兩型社會農業”發展狀況的評價方面，迄今還沒有現成的、完整的省級農業發展狀況評價指標體系可供參考。而評價指標的選擇是否合理，直接關系到“兩型社會農業”發展狀況評價的科學性和可操作性，進而影響農業政策制定的成敗。

遵循指標體系構建的代表性、易獲性、科學性和可比性等原則，結合湖南省農業發展的自然地理和社會發展的實際情況，構建了湖南省“兩型社會農業”發展狀況評價指標體系，如表1所示。

“兩型社會農業”發展狀況指標評價系統由3個一級指標、10個二級指標和82個三級評價指標構成。其中生態農業綜合效益子系統由3個二級指標、28個三級指標組成；循環農業發展水平子系統由3個二級指標、25個三級指標組成；農業可持續發展水平子系統由4個二級指標、29個三級指標組成。

由評價指標的構成可以看出，農業系統的可持續發展是生產、經濟、社會、生態相耦合的復雜有機過程，其發展活動不是孤立的技術活動，也不是單純的經濟活動，而是與自然、社會諸多過程交織在一起的統一體，其實質是一個生產——經濟——社會——生態復合系統。

4 數據采集與處理

4.1 數據的采集

根據2007～2008年湖南省統計年鑒和湖南統計信息網以及湖南省宏觀數據挖掘分析系統中的數據資源，結合前文的指標計算方法，對湖南省14個市州“兩型社會農業”發展狀況的評價指標進行了數據采集，獲得各指標的取值，如表2所示。

4.2 指標的歸一化

由于每個指標的取值大小和計量單位差別較大，為使各項指標與影響因素在加權計算之前對分類結果的影響程度相同，應對采集到的數據進行[0，1]區間標準歸一化處理，把數量級不同的數據統一映射到[0，1]區間段上。為此，對于效益型指標，本文采用式（1），對于成本型指標，采用式（2）進行歸一化處理。

表1 “兩型社會農業”發展狀況的評價指標

表2 湖南省14個市州"兩型社會農業"發展狀況評價指標值

其中，x、y分別為轉換前、后的值，maxValue、minValue分別是樣本的最大值和最小值。

5 “兩型社會農業”發展狀況的評價實例

聚類分析可較好地滿足“兩型社會農業”發展狀況的評價要求。通過聚類分析可將樣本數據歸入相對同源的組或“類”（cluster）。K-means聚類算法簡單，運行效率高，是比較常用的聚類算法。本研究使用K-means聚類算法對湖南省14個市州進行聚類。但K-means聚類算法需要事先制定聚類數，而層次聚類（Hierarchical Clustering）無須事先指定聚類數，因此同時采用層次聚類對湖南省14個市州“兩型社會農業”發展狀況的評價進行研究，以驗證K-means聚類的結果。

5.1 基于K-means聚類的劃分

K-means聚類算法是典型的基于距離的聚類算法，采用距離作為相似性的評價指標，兩個樣本的距離越近，其相似度就越大。根據K-means聚類算法的規則，聚類數k值必須事先指定。為得到樣本間的距離，可將每個樣本數據看作是m維空間上的一個點。兩樣本之間的距離就是它們所對應的m維空間上的點和點之間的距離，反映了相應樣本間的親疏程度。聚類時，距離較近的樣本屬于同一類，距離較遠的樣本屬于不同類。本文以歐式距離（Euclidean Distance）作為相似度測度。兩樣本（x，y）之間的歐式距離計算方法如公式（3）所示。

將各分類個體與聚類中心表示為m維空間中的點后，“兩型社會農業”發展狀況的評價問題，即轉化為m維空間中的點按其與距離中心之間歐氏距離大小聚類為k類的問題。

針對湖南省14個市州現有的農業經濟發展情況，我們將該聚類數指定為3類，即劃分為A類地區、B類地區和C類地區。基于K-means聚類的劃分結果如表3所示。從表3可知，其以長沙市作為中心點，距離最近的有湘潭市、株洲市，這三個地區聚集為A類地區；衡陽市、岳陽市、常德市、郴州市聚集為一類，這四個地區聚集為B類地區；邵陽市、婁底市、益陽市、永州市、懷化市、張家界市、湘西自治州聚集為一類，這七個地區聚集為C類地區。

表3 湖南省14個市州“兩型社會農業”發展狀況評價的K-means聚類結果

5.2 基于層次聚類的劃分

與K-means聚類算法不同，層次聚類無須事先指定聚類數。其基本原理是首先將每個對象歸為一類，共得到N類，每類僅包含一個對象。然后找到最接近的兩個類且合并為一類，同時重新計算新的類與所有舊類之間的距離。如此重復，直到最后合并成一個類為止。類與類之間的距離就是它們所包含的對象之間的距離，該距離亦采用歐氏距離，小類間的距離按類間平均鏈鎖法計算。

基于層次聚類的14個樣本均有效，聚類過程中缺少樣本為0，即14個樣本均進入了聚類分析。

通過層次聚類，可將湖南省14市州分為3大類，分別是：長沙市、湘潭市、株洲市；衡陽市、岳陽市、常德市、郴州市；邵陽市、婁底市、益陽市、永州市、懷化市、張家界市、湘西自治州。這與K-means聚類算法得到的聚類結果是一致的，這個結果也與實際情況相吻合，充分表明了本文方法的可行性和有效性，也說明了本文提出的“兩型社會農業”區域劃分指標是合理的。

因此，通過基于K-means聚類和層次聚類的混合聚類方法，可得到湖南省14個市州“兩型社會農業”區域發展狀況的評價結果分為：A類地區為長沙市、湘潭市、株洲市；B類地區為衡陽市、岳陽市、常德市、郴州市；C類地區為邵陽市、婁底市、益陽市、永州市、懷化市、張家界市、湘西自治州。

6 結 語

本文根據“兩型社會農業”發展狀況的評價指標和評價模型，構建了湖南省14個市州“兩型社會農業”的區域發展狀況的評價結果，運用層次聚類和K-means聚類的混合聚類方法，結合湖南省所屬的14個市州的實際情況，對全部市州的“兩型社會”區域農業發展狀況進行評價。針對評價結果，提出湖南省“兩型社會”農業發展狀況區域劃分的備選方案，所提出的政策建議可以為有關部門提供決策參考。

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