淺論投影尋蹤法在生態(tài)城市評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

摘要:將一種在在水質(zhì)評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用的評(píng)價(jià)方法——投影尋蹤評(píng)價(jià)法引入生態(tài)城市評(píng)價(jià)領(lǐng)域中。采用基于實(shí)數(shù)遺傳算法的投影尋蹤評(píng)價(jià)法，以生態(tài)城市課題組建立的指標(biāo)體系(指標(biāo)涉及資源，經(jīng)濟(jì)，社會(huì)，環(huán)境，體制等各方面因素)為基礎(chǔ)，利用M棚AB軟件對(duì)石家莊市2000~~2007年的生態(tài)城市建設(shè)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞:投影尋蹤法；生態(tài)城市評(píng)價(jià)；石家莊市

　　“生態(tài)城市”是20世紀(jì)80年代產(chǎn)生的一個(gè)全新概念，指將“生態(tài)系統(tǒng)”思想引入到城市建設(shè)和管理的過程中。它最早是由前蘇聯(lián)生態(tài)學(xué)家0．Yanitsky1971年在聯(lián)合國(guó)教科文組織發(fā)起“人與生物圈計(jì)劃(MAB)”時(shí)提出的。之后，很多學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了研究，并給出了定義。如1984年城市生態(tài)學(xué)家0．Yanistky提出，生態(tài)城市是指自然、技術(shù)、人文充分融合，物質(zhì)、能量、信息高效利用，人的創(chuàng)造力和生產(chǎn)力得到最大限度的發(fā)揮，居民的身心健康和環(huán)境質(zhì)量得到維護(hù)，一種生態(tài)、高效、和諧的人類聚居新環(huán)境。美國(guó)生態(tài)學(xué)家R．Richard認(rèn)為，生態(tài)城市即生態(tài)健康的城市，是低污、緊湊、節(jié)能、充滿活力并與自然和諧共存的聚居地。雖然生態(tài)城市的概念尚處于不停的爭(zhēng)論、探索、修改、完善之中，但在原則問題上，人們已經(jīng)達(dá)成一些基本共識(shí)：“生態(tài)城市”的核心思想是它的區(qū)域整體觀和可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)觀，且一般要求具有以下幾種特性：和諧性、高效性、持續(xù)性、整體性、區(qū)域性、結(jié)構(gòu)合理以及關(guān)系協(xié)調(diào)。
　　1生態(tài)城市測(cè)評(píng)方法概述
　　生態(tài)城市評(píng)價(jià)是生態(tài)城市建設(shè)的基礎(chǔ)工作，一套科學(xué)客觀的生態(tài)城市評(píng)價(jià)體系應(yīng)具備以下功能：①幫助在操作層次理解什么是生態(tài)城市；②使城市建設(shè)轉(zhuǎn)向生態(tài)城市建設(shè)；③衡量生態(tài)城市建設(shè)的趨勢(shì)和速度，綜合衡量生態(tài)城市各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度。
　　具體到測(cè)評(píng)方法而言，不同的測(cè)評(píng)方法從不同的角度描述指標(biāo)體系的屬性，由于各種方法的機(jī)理不同，方法的層次屬性相異，在應(yīng)用不同的測(cè)評(píng)方法時(shí)，測(cè)評(píng)的結(jié)果也存在差異。因此，要反映一個(gè)城市的全貌，體現(xiàn)上述生態(tài)城市的內(nèi)涵要求，必須從多角度、全方位進(jìn)行研究，這樣得出的結(jié)論才能體現(xiàn)城市系統(tǒng)的本質(zhì)和原貌。在數(shù)學(xué)分析方面，系統(tǒng)科學(xué)專家運(yùn)用定量分析技術(shù)開發(fā)了幾十種測(cè)評(píng)方法。目前，常用的主要有層次分析法(AnalyticHierarchyProcess，AHP)，因子分析法(FactorAnalysis，F(xiàn)A)以及網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)等。但是，這些方法都有其局限性。層次分析法對(duì)應(yīng)生態(tài)城市評(píng)價(jià)是不適用的，因?yàn)橹笜?biāo)之間是不完備、不互斥的；因子分析法是較常用且簡(jiǎn)單的方法，能夠反映生態(tài)城市建設(shè)的大概狀況，但會(huì)丟失部分信息；網(wǎng)絡(luò)分析法能夠比因子分析法更全面地反映生態(tài)城市的概況，但其前提是各因子之間的關(guān)系比較清晰，這一過程需要作大量的研究工作。該文借鑒在水質(zhì)評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，并被實(shí)踐證明比較科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)方法——投影尋蹤評(píng)價(jià)法，將其應(yīng)用到生態(tài)城市評(píng)價(jià)體系中。
　　2基于實(shí)數(shù)遺傳算法的投影尋蹤評(píng)價(jià)法
　　投影尋蹤評(píng)價(jià)方法是針對(duì)目前常規(guī)的系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法的形式化、數(shù)學(xué)化等局限性，以及對(duì)某些高維、非線性、非正態(tài)評(píng)價(jià)問題的適應(yīng)能力不強(qiáng)等不足之處，提出的一種由樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的探索性數(shù)據(jù)分析方法。該方法的思路是把高維數(shù)據(jù)通過某種組合投影到低維子空間上，對(duì)于投影到的構(gòu)形，采用投影指標(biāo)函數(shù)(目標(biāo)函數(shù))來描述投影值暴露原系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)某種分類排序結(jié)構(gòu)的可能性大小，尋找出使投影指標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)(即能反應(yīng)高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征)的投影值。然后根據(jù)該投影值來分析高維數(shù)據(jù)的分類結(jié)構(gòu)特征(即尋求投影尋蹤聚類評(píng)價(jià)模型)。其中，投影指標(biāo)函數(shù)的構(gòu)造及其優(yōu)化問題是運(yùn)用投影尋蹤方法成功的關(guān)鍵。
　　遺傳算法是解決函數(shù)優(yōu)化問題的數(shù)據(jù)挖掘方法。遺傳算法源于對(duì)生物系統(tǒng)所進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬研究，是Michigan大學(xué)的Holland教授及其學(xué)生根據(jù)生物模擬技術(shù)創(chuàng)造出來的自適應(yīng)概率優(yōu)化技術(shù)。遺傳算法通過計(jì)算機(jī)編碼實(shí)現(xiàn)模擬生物進(jìn)化過程中的復(fù)制、交叉、變異、顯性、倒位等遺傳過程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、函數(shù)優(yōu)化等復(fù)雜過程。它與傳統(tǒng)的算法不同，傳統(tǒng)的優(yōu)化算法是基于1個(gè)單一的度量函數(shù)(評(píng)估函數(shù))的梯度或較高次統(tǒng)計(jì)，以產(chǎn)生1個(gè)確定性的試驗(yàn)解序列。遺傳算法不依賴于梯度信息，而是通過模擬自然進(jìn)化過程來搜索最優(yōu)解，它利用某種編碼技術(shù)，作用于稱為染色體的數(shù)字串，模擬由這些串組成的群體的進(jìn)化過程。遺傳算法是通過有組織、隨機(jī)的信息交換來重新組合那些適應(yīng)性好的串，生產(chǎn)新的串的群體。
　　基于實(shí)數(shù)的加速遺傳算法(RAGA)的投影尋蹤聚類評(píng)價(jià)(ProjectionpursuitclassiifcationevaluationmodelbasedonRAGA，PPCE)模型的分析過程包括以下4個(gè)步驟。
　　步驟1：評(píng)價(jià)指標(biāo)值的歸一化處理。
　　步驟2：構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)。投影尋蹤方法就是把P維數(shù)據(jù)綜合成l維投影值。然后根據(jù)1維投影值進(jìn)行分類。在求投影值時(shí)，要求投影值的散布特征為：局部投影點(diǎn)盡可能密集，最好凝聚成若干個(gè)點(diǎn)團(tuán)；而在整體上，投影點(diǎn)團(tuán)之間要盡可能散開�；�于此，構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)。
　　步驟3：優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)。當(dāng)各指標(biāo)值的樣本集給定時(shí)，投影指標(biāo)函數(shù)只隨著投影方向的變化而變化。不同的投影方向反應(yīng)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，最佳投影方向就是最大可能暴露高維數(shù)據(jù)某類特征結(jié)構(gòu)的投影方向，可通過求解投影指標(biāo)函數(shù)最大化問題來估計(jì)最佳投影方向。這是一個(gè)復(fù)雜非線性優(yōu)化問題，用常規(guī)優(yōu)化方法處理較困難。模擬生物優(yōu)勝劣汰規(guī)則與群體內(nèi)部染色體信息交換機(jī)制的加速遺傳算法是一種通用的全局優(yōu)化方法，用它來求解上述優(yōu)化問題較簡(jiǎn)便和有效。
　步驟4：排序分類。根據(jù)步驟3求得投影值，并進(jìn)行排序分類。

　　3投影尋蹤評(píng)價(jià)法在石家莊生態(tài)城市測(cè)評(píng)中的應(yīng)用
　　3．1數(shù)據(jù)的收集和處理指標(biāo)體系含5個(gè)子系統(tǒng)，63個(gè)指標(biāo)分量。數(shù)據(jù)來源主要有《石家莊統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001—2007)，《石家莊年鑒》(2001～2006)，《中國(guó)環(huán)境年鑒》(2001～2005)，《河北環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)

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