基于dea方法的區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)

基于dea方法的區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)

資源和環(huán)境是人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。然而,隨著工業(yè)化程度的不斷提高和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人類(lèi)盲目開(kāi)發(fā)和無(wú)償使用資源,不顧后果地隨意排放污染物,導(dǎo)致了世界范圍內(nèi)資源枯竭和退化,環(huán)境嚴(yán)重污染和生態(tài)劇烈失衡等一系列問(wèn)題,嚴(yán)重威脅和阻礙著人類(lèi)社會(huì)的生存和發(fā)展。于是,人類(lèi)不得不回過(guò)頭來(lái)審視自己已經(jīng)走過(guò)的發(fā)展道路,深刻反思沿襲已久的生存方式和思想觀念,提出資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的新生產(chǎn)方式。中國(guó)順應(yīng)這一形勢(shì)提出了科學(xué)發(fā)展觀,并且各地也分別根據(jù)自身的地理狀況、生產(chǎn)條件制定了一系列規(guī)劃計(jì)劃,以期沿著可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。因此,區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展程度的評(píng)價(jià)成為當(dāng)前值得研究的課題。資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)是一個(gè)包含很多元素的多層次的復(fù)雜系統(tǒng),而協(xié)調(diào)發(fā)展是這個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)諸要素之間在和諧一致、配合得當(dāng)、良性循環(huán)的基礎(chǔ)上由低級(jí)到高級(jí)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由無(wú)序到有序的總體演化過(guò)程。協(xié)調(diào)發(fā)展不是單一的發(fā)展,而是一種多元發(fā)展。對(duì)系統(tǒng)而言,協(xié)調(diào)發(fā)展能力強(qiáng),意味著系統(tǒng)用較少的資源消耗和環(huán)境代價(jià)獲得較大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,即可以把資源、環(huán)境作為系統(tǒng)的輸入,把經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)作為輸出,用系統(tǒng)的投入產(chǎn)出有效性來(lái)衡量協(xié)調(diào)發(fā)展程度。鑒于此,本文將用DEA方法對(duì)區(qū)域資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r作出評(píng)價(jià)。一、dea相對(duì)業(yè)績(jī)的非參數(shù)方法數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dataenvelopmentanalysis)是由美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家查尼斯(A.Charnes)和庫(kù)柏(W.W.Cooper)等于1978年提出的,是在Farrell測(cè)度基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種評(píng)價(jià)決策單元(decisionmakingunit,DMU)相對(duì)業(yè)績(jī)的非參數(shù)方法,其中應(yīng)用最普遍的模型是C2R模型。DEA方法將一個(gè)“可以通過(guò)一系列決策,投入一定數(shù)量的生產(chǎn)要素,并有一定數(shù)量的產(chǎn)出”的系統(tǒng)稱(chēng)為決策單元。對(duì)已知的n個(gè)決策單元,可用DEA方法來(lái)判斷各個(gè)單元投入、產(chǎn)出的合理性與有效性。對(duì)于某個(gè)選定的DMU0(下標(biāo)設(shè)為0),判斷其有效性的C2R模型的對(duì)偶規(guī)劃可表示為:(D)???????????????????????????????????minθst∑j=1nλjXj+S?≤θX0∑j=1nλjYj?S+≥Y0λj≥0j=1?2?Λ?nS?≥0?S+≥0(1)(D){minθst∑j=1nλjXj+S-≤θX0∑j=1nλjYj-S+≥Y0λj≥0j=1?2?Λ?nS-≥0?S+≥0(1)(一)決策單元dmuC2R模型中,每個(gè)DMUj都有m(j=1,2,Kn)種輸入及s種輸出。分別用輸入Xj和輸出Yj表示。Xj=(x1j,x2j,Λ,xmj)T,Yj=(y1j,y2j,Λ,ysj)T。其中,xij>0表示第j個(gè)決策單元DMUj的第i種類(lèi)型輸入的輸入量;yrj>0表示第j個(gè)決策單元DMUj的第r種類(lèi)型輸出的輸出量;i=1,2,Km;r=1,2,K,s;j=1,2,K,n;X0=Xj0,Y0=Yj0,分別為選定決策單元DMU0的輸入和輸出。θ為該決策單元DMU0的有效值(指投入相對(duì)于產(chǎn)出的有效利用程度);λj為相對(duì)于DMU0重新構(gòu)造一個(gè)有效DMU組合中j個(gè)決策單元DMUj的組合比例;S-,S+為松弛變量。其經(jīng)濟(jì)含義分別為:(1)當(dāng)θ=1且S-=S+=0時(shí),則稱(chēng)決策單元DMU0為DEA有效,即在這n個(gè)決策單元組成的系統(tǒng)中,在原投入X0的基礎(chǔ)上所獲得的產(chǎn)出Y0已達(dá)到最優(yōu);(2)當(dāng)θ=1且S-≠0或S+≠0時(shí),則稱(chēng)決策單元DMU0為DEA弱有效,即在這n個(gè)決策單元組成的系統(tǒng)中,對(duì)于投入X0可減少S-而保持原產(chǎn)出Y0不變,或在投入X0不變的情況下可將產(chǎn)出提高S+;(3)當(dāng)θ<1時(shí),則稱(chēng)決策單元DMU0為DEA無(wú)效,即在這n個(gè)決策單元組成的系統(tǒng)中,可通過(guò)組合將投入降至原投入X0的θ比例而保持原產(chǎn)出Y0不減。(二)dmu0投入量結(jié)果設(shè)k=∑λj/θ,則k為DMU0的規(guī)模收益值。(1)當(dāng)k=1,表示DMU0的規(guī)模收益不變,此時(shí)DMU0達(dá)到最大產(chǎn)出規(guī)模點(diǎn);(2)當(dāng)k<1,表示規(guī)模收益遞增,且k值越小規(guī)模遞增趨勢(shì)越大,表明DMU0在投入X0的基礎(chǔ)上,適當(dāng)增加投入量,產(chǎn)出量將有更大比例的增加;(3)當(dāng)k>1,表示規(guī)模收益遞減,且k值越大規(guī)模遞減趨勢(shì)越大,表明在DMU0投入X0的基礎(chǔ)上,即使增加投入量也不可能帶來(lái)更大比例的產(chǎn)出,此時(shí)沒(méi)有再增加決策單元投入的必要。(三)產(chǎn)出不足率rj將決策單元中各分量的S-ij與對(duì)應(yīng)指標(biāo)分量xij的比值定義為投入冗余率,記為αij。它表示該分量指標(biāo)可節(jié)省的比例。同樣地設(shè)βrj=S+rj/yrj,則βrj稱(chēng)為產(chǎn)出不足率。比較一個(gè)系統(tǒng)中不同年份的投入冗余率或產(chǎn)出不足率可動(dòng)態(tài)地反映該系統(tǒng)在哪些方面有所改善和哪些方面還需要加強(qiáng)管理。還可分析同一時(shí)期內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)間的投入冗余率、產(chǎn)出不足率,進(jìn)行橫向比較。二、不同區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的dea分析(一)輸出指標(biāo)的選擇這里將區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展系統(tǒng)看成DEA中的一個(gè)決策單元,這里的決策單元就是本文要考察的全國(guó)各省、直轄市、自治區(qū)。由于缺乏西藏地區(qū)的資料,本文選擇了除西藏外的30個(gè)省市自治區(qū),另外,本文將全國(guó)平均水平也作為一個(gè)決策單元進(jìn)行評(píng)價(jià)比較,因此,共選擇了31個(gè)決策單元。由于全國(guó)各地區(qū)地形地貌、環(huán)境狀況有很大差別,因此本文選擇少數(shù)不失一般性的指標(biāo)構(gòu)成輸入輸出指標(biāo)體系。這里選取的三個(gè)資源投入指標(biāo)分別是能源消耗總量、電力消耗總量、用水總量,三個(gè)環(huán)境投入指標(biāo)分別是工業(yè)廢水排放總量、工業(yè)廢氣排放總量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量,輸出指標(biāo)即經(jīng)濟(jì)指標(biāo)GDP。(二)線(xiàn)性規(guī)劃求解過(guò)程本文原始數(shù)據(jù)來(lái)自2003年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒及環(huán)境公報(bào),由于輸入輸出各指標(biāo)具有不同的量綱,若直接帶入DEA模型中則不利于使用數(shù)學(xué)軟件編程求解線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的過(guò)程,所以首先將原始數(shù)據(jù)按一定函數(shù)關(guān)系式歸一到某一無(wú)量綱區(qū)間。具體方法如下:設(shè)maxZij=αj(αj為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值);minZij=bj(bj為第j項(xiàng)指標(biāo)的最小值)。則:Z′ij=1+Zij?bjαj?bj×9?Z′ij?[1?10](2)Ζij′=1+Ζij-bjαj-bj×9?Ζij′?[1?10](2)(三)求解模型根據(jù)式(2)將數(shù)據(jù)無(wú)量綱化后,利用數(shù)學(xué)軟件LINDO求解式(1)所示的規(guī)劃模型,得出各決策單元的DEA相對(duì)效率值及相關(guān)變量如表1。(四)dea—全國(guó)各地區(qū)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的聚類(lèi)分析本文在運(yùn)用以上DEA模型進(jìn)行相對(duì)效率評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,采用最優(yōu)分割的方法進(jìn)行聚類(lèi),該方法因?yàn)槭怯米顑?yōu)分割法計(jì)算出最優(yōu)分割點(diǎn)來(lái)聚類(lèi),因此比人為給定聚類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)更為科學(xué)和客觀。1.DEA—最優(yōu)分割法聚類(lèi)原理最優(yōu)分割法是對(duì)有序樣品進(jìn)行聚類(lèi)的方法。該方法用來(lái)分類(lèi)的依據(jù)是離差平方和。設(shè)樣品依次是x1,x2,Λ,xn(每個(gè)是m維向量),最優(yōu)分割法的步驟為:(1)定義類(lèi)的直徑。設(shè)某一類(lèi)Gij是{xi,xi+1,Λ,xj},j>i,它們的均值xˉij=1j+i+1∑i=1jxi?Gijxˉij=1j+i+1∑i=1jxi?Gij的直徑用D(i,j)表示,常用的直徑是:D(i,j)=∑i=1j(xi?xˉij)T(xi?xˉij)D(i,j)=∑i=1j(xi-xˉij)Τ(xi-xˉij)。(2)定義目標(biāo)函數(shù)。將n個(gè)樣品分成k類(lèi),設(shè)某一種分法是:P(n,k):{xi1,xi1+1,Λ,xi2-1},{xi2,xi2+1,Λ,xi3-1},…,{xik,xik+1,Λ,xn}或簡(jiǎn)記成P(n,k):{i1,i1+1?Λ?i2?1}?{i2?i2+1,Λ?i3?1},??{ik,ik+1,Λ,n}{i1,i1+1?Λ?i2-1}?{i2?i2+1,Λ?i3-1},??{ik,ik+1,Λ,n},其中分點(diǎn)滿(mǎn)足1=i1<i2<Λ<ik<ik+1=n定義這種分類(lèi)的目標(biāo)函數(shù)為:e[p(n?k)]=∑j=1kD(ij,ij+1?1)e[p(n?k)]=∑j=1kD(ij,ij+1-1),當(dāng)n,k固定時(shí),e[p(n,k)]越小表示各類(lèi)的離差平方和越小,分類(lèi)是合理的。(3)精確最優(yōu)解的求法。容易驗(yàn)證有如下的遞推公式:e[p(n?2)]=min2≤j≤n{D(1?j?1)+D(j?n)}(3)e[p(n?2)]=min2≤j≤n{D(1?j-1)+D(j?n)}(3)e[p(n?k)]=mink≤j≤n{e[p(j?1?k?1)]+D(j?n)}(4)e[p(n?k)]=mink≤j≤n{e[p(j-1?k-1)]+D(j?n)}(4)當(dāng)要分成k類(lèi)時(shí),首先找jk使式(4)達(dá)到極小,即:e[p(n,k)]=e[p(jk-1,k-1)]+D(jk,n),于是Gk={jk?jk+1?K?n}Gk={jk?jk+1?Κ?n},然后找jk-1,使它滿(mǎn)足e[p(jk-1,k-1)]=e[p(jk-1-1,k-2)]+D(jk-1,jk-1)],得到類(lèi)Gk?1={jk?1?K?jk?1}Gk-1={jk-1?Κ?jk-1}。類(lèi)似的方法得到所有類(lèi)G1,G2,K,Gk,這就是所要求的最優(yōu)解。2.用DEA—最優(yōu)分割法對(duì)決策單元進(jìn)行效率評(píng)價(jià),并進(jìn)行聚類(lèi)分析,只需先對(duì)各決策單元用相應(yīng)的DEA模型計(jì)算出相對(duì)效率,再將所有相對(duì)效率按大小排序,然后給出聚類(lèi)數(shù)目,再運(yùn)用最優(yōu)分割法自動(dòng)求得分割點(diǎn)即可。本文運(yùn)用此方法將31個(gè)不同地區(qū)分成4類(lèi),結(jié)果見(jiàn)表1的第2列。三、重慶發(fā)展電力企業(yè)需要以強(qiáng)化對(duì)“三廢”的管理為導(dǎo)向,有重點(diǎn)、分層次地發(fā)展根據(jù)表1的評(píng)價(jià)結(jié)果,可以得出如下結(jié)論:1.第一類(lèi)地區(qū)的DEA相對(duì)效率值為0.9以上,表明這部分地區(qū)資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r很好,經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方式正積極由以投入為主的規(guī)模型向高效集約型轉(zhuǎn)變,并由污染型生產(chǎn)方式向綠色生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變,逐步轉(zhuǎn)變以資源消耗、環(huán)境污染為代價(jià)而換取經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的傳統(tǒng)非協(xié)調(diào)發(fā)展觀。其中北京、天津、上海、浙江、福建、山東、廣東、海南這8個(gè)省市全部為DEA有效,表明這些地區(qū)已經(jīng)在工業(yè)污染排放量最少的條件下,以最低的能源、電力、水的消耗,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的最大產(chǎn)出,這正是協(xié)調(diào)發(fā)展生產(chǎn)方式所要求的。由表1可以看出,第一類(lèi)地區(qū)中其余幾個(gè)省份DEA無(wú)效的原因是由于能源和水的投入未得到相應(yīng)的產(chǎn)出,以及工業(yè)“三廢”排放過(guò)多。因此,這幾個(gè)省份今后需要進(jìn)一步加強(qiáng)能源、水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),提高綜合能源和水資源的利用率,其次,要加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)督管理,堅(jiān)決執(zhí)行新上項(xiàng)目的審查工作,關(guān)閉高污染,危害大的企業(yè)。從規(guī)模收益看,第一類(lèi)地區(qū)中除了8個(gè)DEA有效的地區(qū)為規(guī)模收益不變外,其余都是規(guī)模收益遞減的,這表明通過(guò)增加資源的消耗并不能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步增長(zhǎng),只有在保持現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)上,通過(guò)技術(shù)進(jìn)步提高資源利用率才是實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的根本手段。2.第二類(lèi)地區(qū)的DEA相對(duì)效率值在0.8114到0.8404之間,屬于良好協(xié)調(diào)。從投入冗余率看,四個(gè)地區(qū)的能源冗余率最低為17.57%,能源消耗都過(guò)多是這類(lèi)地區(qū)DEA無(wú)效的主要原因。因此這類(lèi)地區(qū)要提高協(xié)調(diào)發(fā)展程度,必須節(jié)約能源,提高其利用率。除此之外,在新疆這樣一個(gè)水資源本來(lái)就匱乏的地區(qū),水資源投入冗余率竟高達(dá)67.16%,這嚴(yán)重制約了該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),因此,妥善解決西北地區(qū)水資源匱乏、利用率低的問(wèn)題也是今后工作的重點(diǎn)。從表1中看出,重慶的電力投入冗余率為10.83%,在所有地區(qū)中居首位,因此,今后該地區(qū)要重點(diǎn)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè),優(yōu)化火電結(jié)構(gòu),因地制宜地發(fā)展水電,在做好電力基礎(chǔ)設(shè)施后,積極改變能源使用結(jié)構(gòu),提高電力資源利用率。3.第三、四類(lèi)地區(qū)分別屬于中級(jí)、初級(jí)協(xié)調(diào)。相比較而言,第三類(lèi)地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展程度較好,代表了全國(guó)大部分地區(qū)的平均水平。這兩類(lèi)地區(qū)大都為規(guī)模收益遞增地區(qū),從理論上講,增加投入是可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的,但在這個(gè)以資源環(huán)境為投入要素的系統(tǒng)中,并不能放松