基于模糊c-均值聚類評(píng)價(jià)城市工業(yè)企業(yè)發(fā)展水平

1、基于模糊c-均值聚類評(píng)價(jià)城市工業(yè)企業(yè) 發(fā)展水平劉家保汪田田包啟鵬劉-同蕃炎奎月週安徽建筑大學(xué)海南師范大學(xué)摘要：a的針對(duì)城市工業(yè)企業(yè)的能源消耗，建立數(shù)學(xué)模型對(duì)城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及能源消 費(fèi)特征進(jìn)行定量分析，并給出能源合理分配的建議。方法以c市為研宂對(duì)象， 通過(guò)建模競(jìng)賽組委會(huì)提供的真實(shí)數(shù)據(jù)，由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等得出衡量工業(yè)企業(yè)發(fā)展水 平的主要因素:員工數(shù)和單位gdp能耗。運(yùn)用模糊c-均值聚類分析，將工業(yè)企業(yè) 分成3大類，然后用3種貼近度函數(shù)判定樣本均值的類別。結(jié)果最后得出c城 市工業(yè)企業(yè)大多為人數(shù)少、能耗高的技術(shù)集屮型產(chǎn)業(yè)。結(jié)論c市雖然有巨大的 發(fā)展?jié)摿?，但沒(méi)有順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，短時(shí)間內(nèi)收益高，長(zhǎng)此以往，不

2、僅會(huì) 損壞當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和資源，還會(huì)產(chǎn)生勞動(dòng)力過(guò)剩等社會(huì)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：工業(yè)企業(yè)發(fā)展水平;模糊c均值聚類;貼近度函數(shù);matlab;作者簡(jiǎn)介：劉家保（1982-）,男，安徽六安人，安徽建筑大學(xué)教師，博士。研 宄方向?yàn)閺?fù)雜網(wǎng)絡(luò)、國(guó)論及其應(yīng)用。收稿日期：2016-11-16evaluation of urban industrial enterprise's development level based on fuzzy c一means clusteringliu jia-bao wang tian-tian bao qi-peng liu yi-toner jiang yan li yue-

3、zhouanhui jianzhu university; hajjiannormo1university;abstract：objective aiming at the energy consumption of urban industrial enterprises, the mathematical model is established to quantitatively analyze the urban industrial structure and energy consumption characteristics and give the reasonable all

4、ocation of energy. methods based on the c city as the research object and the real data provided by the organizing committee of the competition, the main factors measuring the development level of the industrial enterprises were obtained from the industrial structure. they were the number of employe

5、es and the energy consumption per unit of gdp. by using fuzzy c-means clustering analysis, industrial enterprises were divided into three categories, and then the three close-degree function was used to determine the sample mean category. results the c city industrial enterprises were mostly small-s

6、ized, high energy consumption and high-tech industries. conclusion although the ci ty has a huge potential for development, it does not conform to the sustainable development strategy. they can bring high income in a short term, but in the long run, not only will they damage the local economy and re

7、sources, but also produce surplus labor and other social problems.keyword：industrial enterprise's development level; fuzzy c-means clustering; close-degree function; matlab;received： 2016-11-160引言根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研宄文獻(xiàn)，能源效率研宄主要在于指標(biāo)的選取和計(jì)算這兩方 面。一方面選取指標(biāo)必然涉及能源效率的概念從而確定其決定因素，另一方面測(cè) 算的方式不同得到的結(jié)果及其意義也可能不同。所以選取指標(biāo)也就

8、決定了計(jì)算方 式。宏觀上可將能源效率研宄分為單耍素能源效率研宄和全耍素能源效率研宄。 較早期的學(xué)者大多釆用前者進(jìn)行能源效率問(wèn)題的分析，因此產(chǎn)生的分歧和爭(zhēng)議 較多。0前國(guó)內(nèi)關(guān)于城市工業(yè)企業(yè)能源效率評(píng)價(jià)的研究主要是使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng) 化(electronics design automation, eda)的方法。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重耍物質(zhì)基礎(chǔ)，是工業(yè)企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力，但是過(guò)度的能耗， 不利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展1。目前中國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)能源，w家“十三五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出要控制能源的消耗。對(duì)工業(yè) 企業(yè)而言，能源消耗對(duì)其產(chǎn)值、利稅等有直接的影響m。能源的合理使用也與 社會(huì)的穩(wěn)定

9、發(fā)展息息相關(guān)m。本文通過(guò)對(duì)c城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及能源消費(fèi)特征的 定量分析，建立數(shù)學(xué)模型對(duì)c市的工業(yè)企業(yè)發(fā)展水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。為了分析該 市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)特征，對(duì)其進(jìn)行定量、賦予具體的值來(lái)比較。1模型的建立與求解要評(píng)價(jià)c城市的工業(yè)企業(yè)發(fā)展水平，首先要抓住評(píng)價(jià)的重點(diǎn):產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消 費(fèi)特征分析4。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有許多的分類方法，如兩大領(lǐng)域、兩大部類分類法、三次產(chǎn)業(yè)分類法、 資源密集程度分類法。前兩種分類方法都將工業(yè)歸為同一類:按兩大領(lǐng)域、兩大 部類分類法，工業(yè)屬于物質(zhì)資料生產(chǎn)部門(mén)；按三次產(chǎn)業(yè)分類法，工業(yè)屬于第二產(chǎn) 業(yè)包1。只有按資源密集程度分類才能反映出工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)m。通過(guò)觀察 相關(guān)數(shù)據(jù)得到企

10、業(yè)的人數(shù)與這種分類方法有密切的聯(lián)系，選取工業(yè)企業(yè)的人數(shù) pe作為研允產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。在中國(guó)，能源消費(fèi)特征主要體現(xiàn)在4個(gè)方而。第一，消費(fèi)模式:數(shù)量大、品種多、 質(zhì)量好;第二，地區(qū)差異突出：山東最多、海南最少;第三，利用效率:彈性系數(shù)從 大于1到小于1;第四，未來(lái)趨勢(shì):集約節(jié)約利用m。一般情況下，在工業(yè)化進(jìn) 程中，一個(gè)國(guó)家的單位gdp能耗會(huì)呈現(xiàn)出一種先快速上升然后緩慢下降的過(guò)程。 由此可見(jiàn)，單位gdp能耗(產(chǎn)值能耗)是研究能源消費(fèi)特征的主要參量。定義產(chǎn) 值能耗的計(jì)算式為其中，eu (i)代表第i個(gè)企業(yè)的產(chǎn)值能耗，ec (i)代表第i個(gè)企業(yè)的綜合能耗, pr為企業(yè)的現(xiàn)價(jià)產(chǎn)值。以企業(yè)人數(shù)pe和單位

11、gdp能耗eu作為主要依據(jù)，利用 模糊c均值聚類m對(duì)c城市的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行分類。模糊c-均值聚類的實(shí)現(xiàn)步驟 如下：步驟1:設(shè)x=xh x2,，x、 r，r表示p維實(shí)數(shù)向量空間，令ulk表示第k 個(gè)樣木屬于第i類隸屬度，cc0 << 1，3 “漢= 1，0 < 2n，i < k < n，11 1記vi為第i類的聚類中心，則x的一個(gè)模糊c-均值聚類就是求如下目標(biāo)數(shù)的最小值：其中，dik=|xk-vi|為第k個(gè)序列到第i類中心的歐式距離，n為樣本數(shù)，c為聚 類中心個(gè)數(shù)，u為隸屬度，心為1個(gè)樣木屬于第i類的隸屬度，v為聚類中心，vi 為第i類的聚類中心，m為系數(shù)，本文取m=

12、2。步驟2:令迭代步數(shù)1=0，按照如下公式計(jì)算聚類中心：(1)步驟3:再根據(jù)以下公式對(duì)u進(jìn)行修正:步驟4:對(duì)給定的e0，實(shí)際計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)取定的初值進(jìn)行迭代計(jì)算，直到 max|uik-uik| e 時(shí)，算法終止。若 uik=maxuik，則 xkg第 j 類。分類之后，利用3種不同的貼近度將企業(yè)人數(shù)和產(chǎn)值能耗的均值pe、eu作為樣 本進(jìn)行判斷，再根據(jù)最大隸屬度原則確定其符合哪一種聚類中心。下而給出3 種貼近度函數(shù)。(1)海明貼近度m:nh(a，b) = 1"a (a(2)歐幾里得貼近度10:ne(a,b) = 1(3)最大最小貼近度11:)1/ = 1(x, ) a j-bnm(a，b)

13、/ll)表1聚類結(jié)果和類別特點(diǎn)下載原表類別-聚類中心人數(shù)單位gdp能耗12. 6931e+041. 5230e + 0222. 8673e+051. 1524e + 0333. 5736e+061. 0849e + 03表2貼近度判別結(jié)果下載原表類別海明貼近度歐幾里得貼近,1-6127. 0069-3543. 86472-143866. 3966-83386. 74793-2041522. 8107其屮“v”、“八”分別為取大、取小運(yùn)算。首先，根據(jù)（1）式算出產(chǎn)值能耗 eu,將企業(yè)人數(shù)pe和產(chǎn)值能耗作為x矩陣，利用模糊c-均值聚類將其分為 3類，見(jiàn)表1。接著，算出企

14、業(yè)人數(shù)和產(chǎn)值能耗的均值，并利用3種貼近度進(jìn)行判斷得到的結(jié) 果（表2）。由表2可知，3種貼近度的判斷結(jié)果一致，均認(rèn)為該城市的工業(yè)水平屬于第1類, 其主要特點(diǎn)是人數(shù)較少、耗能較高。然后，統(tǒng)計(jì)出每種類別企業(yè)人數(shù)和產(chǎn)值能耗總數(shù)，并計(jì)算出其所占的比例（表 3、圖 1）。()運(yùn)余to70.0060.0050.0040.0030.0020.0010.00no<o2單位r圖i分類統(tǒng)計(jì)比例下載原圖表3分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果類另ij人數(shù)產(chǎn)僅總數(shù)所占比例（） 總數(shù)月17. 5203e + 0773. 504.2087e + i21. 2702e + 0712. 414.6066e + i31. 4405e + 0714

15、. 084.2080e-!- <總和1. 0231e + 08100. 004.7114e + i2結(jié)果分析通過(guò)對(duì)不同類別的企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，城市c的大部分工業(yè)企業(yè)已 經(jīng)發(fā)展到相對(duì)較高的階段:對(duì)勞動(dòng)力的使用較少，而對(duì)能源的消耗較大，屬于技 術(shù)密集型的高耗能企業(yè)。3結(jié)論與建議從工業(yè)企業(yè)發(fā)展這一方面來(lái)看，該市具有無(wú)窮大的潛力，但并不能夠順應(yīng)國(guó)家 可持續(xù)發(fā)展政策，在短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)獲得較高的收益，但長(zhǎng)此以往，不僅會(huì)在 經(jīng)濟(jì)、資源等方面缺失，還會(huì)出現(xiàn)勞動(dòng)力過(guò)剩。在能源總量控制的前提下，對(duì)城 市工業(yè)企業(yè)進(jìn)行合理的能源分配，以提高能源利用效率和質(zhì)量是十分重要的。由 此提出以下幾點(diǎn)建議13。第

16、一，實(shí)行企業(yè)轉(zhuǎn)型。鼓勵(lì)大企業(yè)進(jìn)行企業(yè)轉(zhuǎn)型，同時(shí)帶動(dòng)小企業(yè)一起加大對(duì)技 術(shù)工作的要求，實(shí)行社會(huì)主義工業(yè)企業(yè)技術(shù)化改革。第二，合理安排勞動(dòng)力。本文認(rèn)為合理安排該市的勞動(dòng)力資源，應(yīng)該進(jìn)行其他產(chǎn) 業(yè)勞動(dòng)力分配，使各個(gè)行業(yè)的勞動(dòng)力分配均勻，防止由于該市實(shí)行企業(yè)轉(zhuǎn)型導(dǎo) 致員工卜崗失業(yè)。第三，發(fā)展創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)。因?yàn)樵摮鞘械膭趧?dòng)力多，能源依賴過(guò)大，所以可適當(dāng)引 進(jìn)外資，提高企業(yè)對(duì)外輸出力和品牌影響力，同時(shí)加強(qiáng)企業(yè)的創(chuàng)新能力，使企 業(yè)獲得更多更環(huán)保的發(fā)展方式。參考文獻(xiàn)1 周德群，查冬蘭，周鵬.中國(guó)能源效率研究m.北京:科學(xué)出版社,2012.2 袁菲菲.我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)能源消費(fèi)影響的研究d.濟(jì)南：山東財(cái)經(jīng)人學(xué)，

17、2012.3 趙燕敏.從能源消費(fèi)角度看中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整d.北京:復(fù)旦大學(xué)，2010.4 王峰光.基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)視角的湖南省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源消費(fèi)關(guān)系研究d.衡陽(yáng): 南華大學(xué)，2014.5 莫山農(nóng).基于資本效率分析視角的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整探討j.湖南社會(huì)科學(xué)，2010 (04) :199-201.6 趙燕敏.從能源消費(fèi)角度看中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整d.北京:復(fù)旦大學(xué)，2010.7 楊昭.基于能源視角的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整d.杭州：浙江大學(xué)，2008.8 于洋.模糊聚類分析中模糊c-均值聚類計(jì)算方法研宄d.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大 學(xué)，2009.9 韓守杰，王玉雅.基于海明貼近度的城市供水方案模糊物元優(yōu)選模型j.水 電能源科學(xué)，2016 (08) : 161-164+203.10 王建濤，顧立志，杜偉文，等.采用歐兒里得貼近度的精密車削誤差源模糊 診斷方法j.華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014 (04) :367-372.11 袁宏俊，楊桂元.基于最大