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基于主成分分析的综合农业评估模型许丁凡

发表时间：2021/4/1 来源：《论证与研究》2021年2期作者：许丁凡1 赵延忠2*

[导读] 摘要：在保持甚至改善我们的环境健康的同时生产更多食物的需求从未如此紧迫。因此，我们开发了农业综合评价模型（CAEM）。首先，为了对农业系统的综合评价进行数值测量，我们从政治，经济，环境和地理四个方面引入了13个指标，并对获得的数据进行了标准化。然后，使用主成分分析（PCA）和熵权法（EWM）以及变异系数法（CVM），建立多级指标。

                                                                                 许丁凡¹    赵延忠^2*
                                 （1.青海大学生态环境工程学院青海省西宁市 810016；2.青海大学基础部青海省西宁市 810016）
        摘要：在保持甚至改善我们的环境健康的同时生产更多食物的需求从未如此紧迫。因此，我们开发了农业综合评价模型（CAEM）。首先，为了对农业系统的综合评价进行数值测量，我们从政治，经济，环境和地理四个方面引入了13个指标，并对获得的数据进行了标准化。然后，使用主成分分析（PCA）和熵权法（EWM）以及变异系数法（CVM），建立多级指标。
        关键词：粮食系统；主成分分析；熵权法（EWM）
        1 引言
        由于人口增长，土地短缺，水资源短缺，全球气候变化，突发变化危机，以及城市化，工业化，人民币升值和通货膨胀预期，参与者的数量众多，跨区域和多环节的特征食品供应链使其更容易受到组织的外部环境和内部不确定性的影响，并更有可能反映其脆弱性。
        研究表明，在目前的粮食生产模式下，如果我们依靠自给自足来实现粮食安全，中国的人均生态足迹指数将为负。这意味着我们的农业生态将处于不可持续的状态。平衡生态的可持续性，公平性，效率和盈利能力是中国未来农业发展道路和粮食生产政策的重要参考。
        在确定指标对食品系统的影响时，我们建立了考虑多种因素的农业脆弱性评估指标模型。
        2 模型数据处理
        2.1归一化
        在进行数据分析之前，必须保证数据的可用性，不能采取任何措施。无论其价值如何，如果基于不可靠的数据，都可以提供准确的评估。我们首先删除无用的信息，包括产品名称，以便在此基础上进行数据预处理。
        为了改善数据集的条件，有四个步骤：数据分类，数据清理，信息过滤和数据测量，如图所示。
        我们分析了中美之间谷物总产量的差异和拟合，并对数据进行了可视化。为了去除大量数据中的奇异样本数据，我们对数据进行了归一化和无量纲化，公式如下

        将上述变换方法用于数据标准化后，获得的数据的最小值为0，最大值为1。BP神经网络通过训练和不断修改权重来补充所收集数据中的缺失数和阈值。
        2.2 农业生产的脆弱性测度
        根据《世界粮食安全和营养状况》，《 2030年可持续发展议程》为变化中的世界提供了变革性的愿景[4]。估计有20亿人的粮食不安全（他们无法定期获得安全，营养和充足的食物），或者正遭受饥饿之苦，或者受到中度或粮食不安全的影响。先前的报告表明，冲突，气候变化和极端条件加剧了这些趋势。因此，我们创建了从四个方面评估农业系统的指标：政治，经济，环境和区域特征，以维护公平和可持续发展。
        2.3 基于农业生产的脆弱性指数
        长期以来，大多数国家采用供需分配模型来优化粮食资源的分配。但是，近年来，随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，粮食资源的短缺加剧，人们对生态环境提出了更高的要求[5]。传统的粮食资源优化配置模型已逐渐显示出弊端。在公平和可持续发展原则的指导下，粮食资源的优化配置已逐步发展成为一种新的分配概念，即可持续发展的粮食资源的优化配置。粮食资源的开发，利用和分配要遵循的基本原则通常涉及以下几个方面：
        1.公平原则：在不同国家之间公平和公平地分配有限的粮食资源。为了适应整个地区以及同一地区所有阶层之间对粮食资源的公平利用，需要有不同的地区，不同的社会阶层和不同的用水目标。
        2.有效性原则：基于确定粮食资源是社会和经济行为中的一种商品属性，这种有效性指的是通过各种途径追求经济利益，同时追求对环境几乎没有负面影响的环境利益。采取措施提高粮食利用效率和减少水污染，以实现社会，经济和生态环境协调发展的最佳综合效益。
        3.可持续性原则：公平性原则源于时间，是指世代之间资源分配的公平性。它呼吁合理分配有限的水资源，同时考虑到长期以及近代，当代和后代的协调发展和公平利用，同时重视粮食资源的合理开发和利用以及对水资源的保护和治理。粮食资源。
        4.粮食资源的总体控制原则：合理分配粮食资源的过程必须与供求紧密结合，不仅要执行粮食保存和其他措施，而且还要控制可用粮食总量，并且努力保持该地区供需之间的动态平衡。
        3 主成分分析
      （1）原始数据标准化
        本文中有13个因子分析指标：x1，x2，…，x12。共56个数

        4 结论
        在此基础上，建立了农业系统评价体系，建立了具有主成分分析和熵权法的三级指标，并确定了评价的权重和综合评分。此外，我们应用了层次分析法来确定食品系统的脆弱性。对来自政治，经济，环境和领土的四个项目的测试和优化表明，我们的模型是可靠且准确的。此后，为了进行食品生产开发项目的成本收益，我们分析了不同规模下原始成本与生态系统之间的相关性。人们发现，农业生产活动对生态系统的可持续性具有负面影响。对食品系统优化项目的发展提出了建议。该项目将能够不断改进我们的模型，以便将其应用于更多的国家和地区，从而使人们的生活更加幸福。
        参考文献：
        [1] D.G. Mogale,Sri Krishna Kumar,Manoj Kumar Tiwari. An MINLP model to support
        the movement and storage decisions of the Indian food grain supply chain[J]. Control Engineering Practice,2018,70.