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研究聚類(lèi)分析的甘肅省工業(yè)行業(yè)結構
關(guān)鍵詞：因子分析;聚類(lèi)分析;甘肅省;工業(yè)行業(yè)結構
摘 要：一般的聚類(lèi)分析方法的應用，在確定指標體系的同時(shí)，忽視了指標間相關(guān)性及權重問(wèn)題的存在，論文擬結合因子分析法來(lái)進(jìn)行聚類(lèi)分析，以解決相關(guān)性和權重分配的問(wèn)題。同時(shí)，本文利用基于因子分析的層次聚類(lèi)分析法來(lái)對甘肅省工業(yè)行業(yè)結構進(jìn)行研究，將甘肅省工業(yè)行業(yè)劃分為4類(lèi)，并根據4類(lèi)行業(yè)的指標數據得分指出其行業(yè)結構存在的特點(diǎn)及相應問(wèn)題。
一、引言
聚類(lèi)分析是研究指標(或樣品)分類(lèi)問(wèn)題的一類(lèi)多元統計分析方法的總稱(chēng)，其中心思想是將一些相似度較大的指標(或樣品)聚合為一類(lèi)，同時(shí)把另外一些相似度較大的指標(或樣品)聚合為其他的類(lèi)，然后再將這些小類(lèi)依據其相似度聚合為一個(gè)大類(lèi)，直至所有的指標(或樣品)都聚合完畢，以更直觀(guān)的顯示出研究對象的差異和聯(lián)系。
作為一種常用的多元統計方法，聚類(lèi)分析從數據分析的角度，使同一分類(lèi)過(guò)程中有了一個(gè)統一性的定量標準，避免了一般定性分類(lèi)中的主觀(guān)性和隨意性的弊端，從而在經(jīng)濟學(xué)研究中也得到了廣泛的應用。例如，聚類(lèi)分析法曾用于區域經(jīng)濟結構的分析(王強 2004)，也曾有學(xué)者將聚類(lèi)分析應用于城市競爭力的研究與比較(倪鵬飛 2003，吳慶軍 2005)，也有一些學(xué)者將聚類(lèi)分析應用于可持續發(fā)展模式研究(張德平 2003)，在產(chǎn)業(yè)結構方面，許多學(xué)者也曾經(jīng)應用聚類(lèi)分析法做了很多富有成效的研究工作，如：有學(xué)者應用聚類(lèi)分析法研究了重慶市的產(chǎn)業(yè)結構(張春勛 2004)，而灰色聚類(lèi)分析法曾用于確定區域工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)(李勝 2000)，在工業(yè)結構方面也有人應用聚類(lèi)分析方法得過(guò)一定的研究成果(吳海建 2004)，這些聚類(lèi)方法的應用為分析研究對象提供了一個(gè)良好的途徑。
傳統的聚類(lèi)方法的應用，一般要對所選用的原始數據首先進(jìn)行定性分析，然后將原始數據進(jìn)行無(wú)量綱化的處理，而后再利用具體的方法對相似性進(jìn)行測度。如果采用層次聚類(lèi)法我們還面臨著(zhù)求取新類(lèi)相似性的問(wèn)題，計算新類(lèi)與其它類(lèi)之間的相似性，然后依相似程度遠近逐次進(jìn)行合并，最終得出聚類(lèi)結果。我們在傳統聚類(lèi)方法中雖然解決了原始數據的量綱和量級問(wèn)題，但是單一的聚類(lèi)分析法也存在著(zhù)一定的缺點(diǎn)，由于聚類(lèi)分析首先是一種定量的分析方法，而我們所選定的指標又有可能存在著(zhù)相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，即相關(guān)性問(wèn)題，而采用這種具有相關(guān)性的指標就可能使分析結果產(chǎn)生偏差;從另一個(gè)方面來(lái)看，這種定量方法也忽略了指標間權重的問(wèn)題，所以，如何減少各個(gè)指標之間的相關(guān)度，并分配給各個(gè)指標以科學(xué)合理的權重，同時(shí)又不損害聚類(lèi)結構的精確度就成為聚類(lèi)方法應用的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
因子分析起源于20世紀早期，其基本思想是通過(guò)研究眾多變量之間的內部依賴(lài)關(guān)系，需求這些數據的基本結構，并用少數幾個(gè)公因子來(lái)表示基本數據結構，使其既能夠反映原來(lái)眾多指標變量所代表的主要信息，同時(shí)又能夠簡(jiǎn)化數據結構(侯景新 2004)，使簡(jiǎn)化后的數據之間的相關(guān)性問(wèn)題得以解決，從而達到方便研究的目的，因此，在聚類(lèi)分析中結合因子分析就可以有效地減少各個(gè)指標之間的相關(guān)性問(wèn)題。本文擬在聚類(lèi)分析法中應用因子分析法以祛除指標之間的相關(guān)性，主要結合對甘肅省工業(yè)行業(yè)結構實(shí)證研究來(lái)探討對這一方法的應用。
二、甘肅工業(yè)行業(yè)結構實(shí)證研究
甘肅省工業(yè)體系主要形成于前兩個(gè)“五年”計劃及國家“三線(xiàn)”建設時(shí)期，半個(gè)多世紀以來(lái)，甘肅工業(yè)取得了長(cháng)足的進(jìn)步，2005年實(shí)現工業(yè)增加值685.80億元，工業(yè)貢獻率達到42.21%。與此同時(shí)，甘肅省工業(yè)發(fā)展中也存在著(zhù)嚴重的缺憾和扭曲，其中最突出的表現就是工業(yè)結構的不合理。黨的十六大提出要“堅持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以信息化促進(jìn)工業(yè)化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路。”因此，要完成新型工業(yè)化的任務(wù)，就要對甘肅省目前不合理的工業(yè)結構進(jìn)行改善和優(yōu)化，使工業(yè)對甘肅省經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮更大的作用，就成為甘肅經(jīng)濟發(fā)展中一個(gè)緊迫的問(wèn)題。工業(yè)行業(yè)結構是工業(yè)結構中的主體部分，優(yōu)化工業(yè)結構的重點(diǎn)就是對工業(yè)行業(yè)結構進(jìn)行優(yōu)化和升級，在這種情況下，對工業(yè)行業(yè)結構的特征進(jìn)行認識、分析和研究就顯得尤為重要，全面而準確的認識到甘肅省工業(yè)行業(yè)結構的特征，才能夠有的放矢，有針對性地提出優(yōu)化和升級甘肅省工業(yè)結構的具體方法。多年來(lái)，省內外許多學(xué)者也對甘肅省工業(yè)行業(yè)結構進(jìn)行了分析，提出了不少有建設性的建議，如從產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰略和產(chǎn)權制度等方面來(lái)對工業(yè)行業(yè)結構進(jìn)行優(yōu)化(張克讓 2001);從行業(yè)的區域布局結構來(lái)對工業(yè)行業(yè)結構進(jìn)行調整(倪國良 2002);提出發(fā)揮情報信息對調整工業(yè)行業(yè)結構的推動(dòng)作用(白蒲英 2005)等等。但是綜觀(guān)這些研究成果可以發(fā)現，他們對甘肅省工業(yè)行業(yè)結構的分析大多數是基于定性的觀(guān)察和思考，而這種分析往往容易產(chǎn)生主觀(guān)性的偏差，缺乏對研究對象的定量認識，因此，有必要采用一種合理的定量分析方法來(lái)分析和研究甘肅省的工業(yè)行業(yè)結構。
本文在應用聚類(lèi)分析的時(shí)候加入了因子分析方法以驅除各指標之間的相關(guān)性及權重問(wèn)題，總的原則是在選取指標進(jìn)行聚類(lèi)分析前，首先對指標運用因子分析方法進(jìn)行處理，并運用處理過(guò)的公因子指標進(jìn)行聚類(lèi)分析，其過(guò)程如下：
1. 指標選取
指標的選擇是一個(gè)至關(guān)重要的前提性工作，既要結合研究目的，也要考慮指標數據的可得性，同時(shí)也要滿(mǎn)足科學(xué)性和全面性的要求。按照這一要求，我們選取了2006年《甘肅年鑒》中除“其他采礦業(yè)”、“化學(xué)纖維制造業(yè)”、“橡膠制造業(yè)”、“廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè)” 以外的甘肅省全部國有及限額以上非國有工業(yè)企業(yè)的以下指標構成指標體系：X1工業(yè)增加值、X2全部從業(yè)人員年平均人數、X3年末資產(chǎn)合計、X4產(chǎn)品銷(xiāo)售收入、X5產(chǎn)品銷(xiāo)售費用、X6利稅總額、X7總資產(chǎn)貢獻率、X8資產(chǎn)負債率、X9流動(dòng)資產(chǎn)周轉次數、X10工業(yè)成本費用利潤率、X11全員勞動(dòng)生產(chǎn)率、X12產(chǎn)品銷(xiāo)售率等12項指標組成指標體系。所選取的指標包括了工業(yè)行業(yè)規模、效益、就業(yè)等主要方面，能夠反映甘肅省工業(yè)行業(yè)的基本信息。
2.因子分析過(guò)程
因子分析的基本思路為：
(1) 根據相關(guān)數據建立原始矩陣，并對原始數據的標準化處理;
(2) 對數據間的相關(guān)性進(jìn)行計算，確定是否可以運用因子分析;
(3) 運用主成分法對經(jīng)標準化處理后得矩陣進(jìn)行初始因子求解，確定公因子數目;
(4) 運用Varimax旋轉法對初始因子進(jìn)行旋轉，給予明確得因子解釋;
(5) 計算因子得分。
運行spss13.0 for windows，標準化數據(系統自動(dòng)進(jìn)行)后選擇KMO and Bartlett’s test of sphericity 計算相關(guān)性，隨后選擇Principal components(主成分分析)進(jìn)行初始因子求解, Varimax(正交旋轉)進(jìn)行因子旋轉。
經(jīng)計算，原始矩陣的KMO值為0.628，說(shuō)明該指標矩陣適合于進(jìn)行因子分析。對經(jīng)過(guò)處理后的數據進(jìn)行因子分析共提取了3個(gè)公因子，其特征值、貢獻率、累積貢獻率及旋轉后的因子載荷矩陣如表1、表2所示：
表1：公因子相關(guān)數據表
公因子 特征值 貢獻率% 累積貢獻率
F1 5.075 37.542 37.542
F2 3.734 35.353 72.895
F3 1.159 10.180 83.075
表2：旋轉后因子載荷矩陣
F1 F2 F3
X1 0.966 0.188 -0.009
X2 0.980 -0.030 -0.001
X3 0.948 0.119 -0.057
X4 0.968 0.094 0.022
X5 0.766 -0.022 -0.161
X6 0.354 0.768 -0.105
X7 -0.093 0.922 0.000
X8 0.071 -0.565 -0.594
X9 0.205 0.855 0.098
X10 -0.031 0.930 0.053
X11 0.055 0.903 -0.026
X12 -0.074 -0.106 0.903
通過(guò)分析可以看出，3個(gè)公因子的累積貢獻率已經(jīng)達到83.075%，可以較為全面的反映整體情況，因此，我們就可以用這3個(gè)公因子來(lái)取代上述的12個(gè)指標來(lái)對甘肅省工業(yè)行業(yè)結構進(jìn)行分析。從表2可以看出，公因子F1在X1、 X2、 X3、 X4、 X5上承擔了較大的載荷，它們主要是行業(yè)規模方面的指標，因此，公因子F1可以定義為規模因子;公因子F2在X6、X7、X9、X10、X11上承擔了較大的載荷，它們主要是行業(yè)效益方面的指標，因此，公因子F2可以定義為效益因子;公因子F3所承擔的載荷主要集中于X12即產(chǎn)品銷(xiāo)售率，反映了行業(yè)風(fēng)險方面的信息，因此，公因子F3可以定義為風(fēng)險因子;同時(shí)，根據表2中的數據，就可以分別求出甘肅省35個(gè)工業(yè)行業(yè)的4個(gè)公因子的得分數值，如F1的計算公式如下：
F1=0.966X1+0.980X2+0.948X3+0.968X4+0.766X5+0.354X6-0.098X7+0.071X8+0.205 X9-0.031 X10+0.055 X11-0.074 X12
3.聚類(lèi)分析過(guò)程
通過(guò)因子分析過(guò)程，得到了甘肅省36個(gè)工業(yè)行業(yè)的3個(gè)公因子，這3個(gè)公因子之間已經(jīng)驅除了相關(guān)性問(wèn)題，同時(shí)，按照它們的貢獻率的不同，使3個(gè)公因子被賦予了各自的權重。如上所示，我們將得到的這36個(gè)工業(yè)行業(yè)的3個(gè)公因子的得分值作為指標對甘肅省的工業(yè)行業(yè)進(jìn)行層次聚類(lèi)處理，以探測出甘肅省工業(yè)行業(yè)內部結構的趨同性和差異性，按照規模、效益和風(fēng)險來(lái)對其進(jìn)行剖析，這一過(guò)程同樣使用統計軟件spss13.0 for windows來(lái)進(jìn)行。
運行spss13.0 for windows，分別選用平方歐式距離對相似性進(jìn)行測度;組間連接法求新類(lèi)相似性，可以得出最終的聚類(lèi)結果。通過(guò)聚類(lèi)分析，我們可以把甘肅省的36個(gè)工業(yè)行業(yè)按照其公因子的總得分將其分為3類(lèi)(表3)。
表3：甘肅省工業(yè)行業(yè)聚類(lèi)結果表
第一類(lèi) 石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè);黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè);
有色金屬冶煉及壓延加工業(yè);電力、熱力的生產(chǎn)和供應業(yè)
第二類(lèi) 石油和天然氣開(kāi)采業(yè);煙草制品業(yè)
第三類(lèi) 其他29類(lèi)工業(yè)行業(yè)
注：因子分析及聚類(lèi)分析數據來(lái)源均為2006年《甘肅年鑒》
4、對聚類(lèi)結果的分析
從聚類(lèi)結果可以看出，處于第一類(lèi)的石油加工、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)等行業(yè)在甘肅工業(yè)中無(wú)疑處于絕對的支柱產(chǎn)業(yè)的地位，2005 年，全部國有及限額以上非國有工業(yè)企業(yè)工業(yè)增加值中，這四個(gè)行業(yè)占據了57.18%的份額，可以說(shuō)，它們是甘肅工業(yè)的大半壁江山，甘肅工業(yè)的發(fā)展，它們功不可沒(méi)。但是如果從效益指標來(lái)看，這四類(lèi)行業(yè)的經(jīng)濟效益卻不容樂(lè )觀(guān)。公因子F2反映的主要是行業(yè)效益方面的信息，但在F2載荷較大的利稅總額、總資產(chǎn)貢獻率、流動(dòng)資產(chǎn)周轉次數、全員勞動(dòng)生產(chǎn)率、工業(yè)成本費用利潤率幾個(gè)指標來(lái)看，除黑色金屬冶煉及加工業(yè)和電力、熱水的生產(chǎn)和供應業(yè)以外，表現都不盡如人意，而電力、熱水的生產(chǎn)和供應業(yè)的相對高效益還得益于其產(chǎn)品對于滿(mǎn)足生產(chǎn)生活的必要性及其壟斷性。公因子F3主要反映了行業(yè)產(chǎn)品的銷(xiāo)售情況，通過(guò)這一指標也可以了解到其產(chǎn)品面臨的銷(xiāo)售風(fēng)險，從幾類(lèi)行業(yè)的表現來(lái)看，銷(xiāo)售情況比較良好，這應該歸結于幾類(lèi)行業(yè)的資源型產(chǎn)品性質(zhì)，同時(shí)，行業(yè)的壟斷性也占據著(zhù)較大的因素。因此，從整體上來(lái)看，目前甘肅工業(yè)的發(fā)展還必須牢牢依靠這四類(lèi)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，但是，由于這四類(lèi)行業(yè)普遍具有的資源型特征，今后甘肅必須面對資源耗竭過(guò)程中如何轉變支柱產(chǎn)業(yè)方向，培育新的支柱產(chǎn)業(yè)這一嚴峻的問(wèn)題。
第二類(lèi)煙草制造業(yè)、石油和天然氣開(kāi)采業(yè)可以歸類(lèi)為甘肅省工業(yè)中的主導產(chǎn)業(yè)，2005年，全部國有及限額以上非國有工業(yè)企業(yè)工業(yè)增加值中，這兩個(gè)行業(yè)占據了9.39%的份額，成為甘肅工業(yè)發(fā)展的重要增長(cháng)點(diǎn)。從效益指標來(lái)看，這兩類(lèi)行業(yè)尤其是石油和天然氣開(kāi)采業(yè)表現都令人滿(mǎn)意，無(wú)論是總資產(chǎn)貢獻率、資產(chǎn)負債率還是全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，兩個(gè)行業(yè)的綜合效益指標表現在全部工業(yè)行業(yè)中都處于領(lǐng)先位置。而從銷(xiāo)售風(fēng)險指標考慮，它們的表現也讓人滿(mǎn)意。因此，對于這兩個(gè)行業(yè)，在今后可以考慮進(jìn)一步培育，使他們發(fā)展更加壯大。
第三類(lèi)行業(yè)在甘肅工業(yè)中總共占據了33.43%的份額，相對規模比較小，但是，這類(lèi)行業(yè)中也不乏效益和風(fēng)險指標都比較好的行業(yè)，同時(shí)，這些行業(yè)中輕工業(yè)和高新技術(shù)工業(yè)行業(yè)占據了不小的份額，因此，甘肅省工業(yè)結構的調整和優(yōu)化，它們是不可忽視的力量，培育甘肅工業(yè)經(jīng)濟新的增長(cháng)點(diǎn)，必須著(zhù)重從這一類(lèi)行中的入手。
三、小 結
運用基于因子分析的聚類(lèi)分析方法，我們將甘肅省工業(yè)行業(yè)分為3類(lèi)，對這一結果進(jìn)行分析可以看出甘肅省工業(yè)行業(yè)結構所表現出來(lái)的一些特點(diǎn)與存在的問(wèn)題：
1.多年來(lái)“重重輕輕”的工業(yè)結構仍未有根本改觀(guān)，輕重工業(yè)發(fā)展仍不協(xié)調
輕重工業(yè)發(fā)展不協(xié)調的問(wèn)題是甘肅省工業(yè)一貫有之的問(wèn)題，它起因于“三線(xiàn)”建設時(shí)期國家的產(chǎn)業(yè)布局，改革開(kāi)放以來(lái)，輕重工業(yè)協(xié)調發(fā)展問(wèn)題一直是甘肅省工業(yè)結構調整的首要問(wèn)題，然而，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，這一問(wèn)題反而有加劇的趨勢，1978年，甘肅省輕重工業(yè)的比例為1：4.35， 2005年這一比例為1：6.23，同時(shí)，從聚類(lèi)結果可以看出，構成甘肅省工業(yè)中支柱或主導產(chǎn)業(yè)的六種行業(yè)中，絕大多數是重工業(yè)行業(yè)，雖然它一定程度上表現了甘肅的相對比較優(yōu)勢，但同時(shí)，由于這些重工業(yè)資源型的特點(diǎn)，使其無(wú)法應付資源耗竭的困境，缺乏可持續發(fā)展的能力。今后甘肅工業(yè)輕重協(xié)調發(fā)展問(wèn)題仍然需要付出巨大的努力去解決。
2.國有經(jīng)濟比重仍然過(guò)大，市場(chǎng)化進(jìn)程緩慢
從聚類(lèi)結果來(lái)看，占據甘肅工業(yè)大半壁江山的支柱和主導產(chǎn)業(yè)絕大部分是重工業(yè)，而同時(shí)，它們又都是以國有或國有控股性質(zhì)為主，因此，造成甘肅省工業(yè)經(jīng)濟呈現出明顯的國有化特點(diǎn)，2005年，甘肅省全部國有及國有控股工業(yè)企業(yè)產(chǎn)值占到了全省工業(yè)總產(chǎn)值的69.15%，。由于國有及國有控股工業(yè)企業(yè)占據了全省工業(yè)的絕大多數份額，更由于它們更容易掌握較優(yōu)質(zhì)的發(fā)展資源，造成甘肅市場(chǎng)化進(jìn)程緩慢，使非公有制經(jīng)濟發(fā)展空間受到擠占，比重過(guò)小，活力不足，這就使全省工業(yè)結構調整和經(jīng)濟發(fā)展受到一定程度的制約，進(jìn)度較慢。
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