農(nóng)業(yè)科技灰色關(guān)聯(lián)熵分析

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1引言

農(nóng)業(yè)的發(fā)展變化時刻受著農(nóng)業(yè)科技的影響，探討農(nóng)業(yè)科技發(fā)展變化的相關(guān)影響因素就顯得很重要。在這方面，國內(nèi)的學(xué)者無論從理論上還是實(shí)踐上都進(jìn)行了深入廣泛的研究，并取得了比較有意義的研究成果，肯定了農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中科技因素的重要性。目前的研究方法更多集中在農(nóng)業(yè)科技的評價、測度，也通過建立相關(guān)指標(biāo)來探究農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展情況，目前比較常用的評價農(nóng)業(yè)科技發(fā)展情況方法有測算貢獻(xiàn)率的比較法、單一指標(biāo)評價法以及總體評價方法，這些方法能比較全面的衡量某一時期農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展水平。劉明、王克林提出目前我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程測度的支撐技術(shù)———多指標(biāo)綜合測度法的優(yōu)化方案，來實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程時空上動態(tài)特征的量化分析。盧亞麗、傅新紅提出了區(qū)域農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步測度模型的設(shè)計(jì)的依據(jù)和應(yīng)該遵循的原則，并構(gòu)造了一個測度模型。以上研究僅從測度和評價的角度對農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展變化進(jìn)行了研究，為了能更深入的研究農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展變化情況，本文將以系統(tǒng)思想為研究基礎(chǔ)，結(jié)合灰色系統(tǒng)理論來探討農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的發(fā)展變化狀況。

2基于灰關(guān)聯(lián)熵的農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化方向判別模型

2．1農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的有序性分析

由于農(nóng)業(yè)科技時刻都在發(fā)展進(jìn)步中，因此整個農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)充滿隨機(jī)和不確定性，在對農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)分析的時候，把其看作是一類灰色系統(tǒng)，根據(jù)灰色系統(tǒng)理論中的關(guān)聯(lián)分析原理，來做定量描述分析，揭示農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平和合理閾值之間的關(guān)聯(lián)程度，獲得的關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，就表示系統(tǒng)的有序性越強(qiáng)，所以計(jì)算性越強(qiáng)。但由于農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的多目標(biāo)性，所獲得的關(guān)聯(lián)系數(shù)也比較多，不能很好的反映農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)整體的變化規(guī)律，為了解決這個問題，可以將這種關(guān)聯(lián)系數(shù)的變化規(guī)律用熵來表述，通過不同時段系統(tǒng)熵的變化來對其演化方向進(jìn)行判別。

2．2農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)熵

（1）有關(guān)的模型。農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化發(fā)展的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：設(shè)時間序列為xi＝（xi（1），xi（2），…，xi（m）），xi（m）表示在第m年第i個指標(biāo)的數(shù)值。首先：要獲得每個數(shù)列的初值像，令X′i＝Xi／xi（1）＝（x′i（1），x′i（2），…，x′i（m）），i＝1，2，…，n。第二步：獲得序列差的值。有Δi（k）＝｜x′o（k）－x′i（k）｜，Δi＝（Δi（1），Δi（2），…，Δi（m）），i＝1，2，…，n。第三步，來求兩極的最大差與最小差。因此，記M＝maximaxkΔi（k），m＝miniminkΔi（k）。最后，獲得所需要的關(guān)聯(lián)系數(shù)γoi（k）＝m＋ζMΔi（k）＋ζM，ζ∈（0，1），i＝1，2，…，n；k＝1，2，…，m。（1）按照信息熵的概念做如下定義：定義1：設(shè)數(shù)列X＝（x1，x2，…，xn），xi≥0，且xi＝1，稱函數(shù)nxilogxi為序列X的灰熵，xi為屬性信息。定義2：設(shè)X為比較列，Y為參考列，Rj＝｛ζ（x（k），y（k））｝k＝1，2，…，n，則映射Map：Rj→Pj，Pi＝ζ（x（i），y（i））／nζ（x（i），y（i）），PiPj，i＝1，2，…，n為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)分布映射，映射值稱為分布的密度值。根據(jù)灰熵定義，以及灰關(guān)聯(lián)分布映射，灰關(guān)聯(lián)熵可以表示為：S（t）＝－ni＝1PilogPi（2）式中S（t）為農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)在第t時段的灰色關(guān)聯(lián)熵，它表示此時刻農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的狀態(tài)，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，相應(yīng)熵值也就發(fā)生變化。由于農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)耗散性的特點(diǎn)，系統(tǒng)能量不會消失，與外界進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換，總熵有增有減，由熵的有序度聯(lián)系可知，農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的演變方向即可良性化，也可惡性化，這取決于系統(tǒng)熵的變化機(jī)制。為此，可以借助熵的變化理論建立農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化方向的判別模型，作為檢驗(yàn)和判斷系統(tǒng)演變規(guī)律的方法。ΔS＝S（m）－S（n）（3）其中，S（m）為系統(tǒng)在m時點(diǎn)的熵值，S（n）為系統(tǒng)在n時點(diǎn)的熵值，而兩者之差即為兩個時間段下農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)與外界發(fā)生能量和物質(zhì)交換所引起的熵變，根據(jù)熵變值ΔS的大小，即可判斷農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化過程中所處的狀態(tài)以及演化的方向：當(dāng)ΔS＞0時，系統(tǒng)出現(xiàn)了熵增，系統(tǒng)無序狀態(tài)增大，此時系統(tǒng)的演化循環(huán)處于惡性。當(dāng)ΔS＜0時，系統(tǒng)出現(xiàn)了熵減，系統(tǒng)有序度狀態(tài)增強(qiáng)，此時系統(tǒng)的循環(huán)演化處于良性，并且此時系統(tǒng)最穩(wěn)定。當(dāng)ΔS＝0時，表明系統(tǒng)在某段時間間隔內(nèi)熵?zé)o變化，此時系統(tǒng)狀態(tài)和初始狀態(tài)一致。

3實(shí)證研究

為了能更清楚的認(rèn)識農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化發(fā)展的狀況，就有必要通過實(shí)證分析來論證。由于農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)一直在發(fā)展更新，因此整個農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的演化也在不斷進(jìn)行。農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步有很多方面可以體現(xiàn)出來，為了論證的方便，本文選取兩個大的類別：農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)和農(nóng)業(yè)生物化學(xué)技術(shù)。能表征這兩方面技術(shù)發(fā)展水平的指標(biāo)比較多，為了能較全面的反映農(nóng)業(yè)科技演化的情況，本文從眾多的指標(biāo)中選取有代表性的，同時參考以下幾個方面：（1）指標(biāo)的選取必須盡量全面、完整，而且所選取的指標(biāo)能根據(jù)不同的要求來考查。（2）要選取有代表性的和典型性的指標(biāo)，對于表征的含義相同、相近或者具有較大關(guān)聯(lián)性的指標(biāo)不予考慮，所選取的指標(biāo)盡可能的含有更多的信息量，以此來反映問題的不同方面。（3）選取的指標(biāo)應(yīng)該具有實(shí)用性和可行性，能反映某一時期的農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)水平，并且能有明確的含義，更易于量化分析和評價。根據(jù)以上幾點(diǎn)的要求，本文選取農(nóng)業(yè)機(jī)械化、電氣化、水利化和生物化學(xué)化這四個方面來反映農(nóng)業(yè)科技在某一時期的發(fā)展水平。具體而言，這四個方面分別指的是指的是農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、農(nóng)村用電量、化肥施用量和農(nóng)藥施用量、有效灌溉面積。本文參考《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2001－2009年）獲得相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。利用表征農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展程度的農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、農(nóng)業(yè)的用電量、化肥施用量、農(nóng)藥使用量、有效灌溉面積這五個指標(biāo)作為比較數(shù)列Xi＝｛Xi（t），t｝＝1，2，…9，i＝1，2，3，4，5，取農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值作為參考列X0＝｛X0（t），t＝1，2，…，9｝，計(jì)算X1，X2，X3，X4，X5與X0之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。由此得出X0與X1，X2，X3，X4，X5間的關(guān)聯(lián)度為：γ01＝0．7081，γ02＝0．6332，γ03＝0．6698，γ04＝0．7644，γ05＝0．6358。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)熵的相關(guān)理論可知，在系統(tǒng)的發(fā)展變化過程中，表征農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)某一時期發(fā)展水平的值與某一合理閾值的關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，則演化過程中系統(tǒng)的有序性就越強(qiáng)。根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)可以看出，河南省農(nóng)業(yè)電氣化和農(nóng)業(yè)化學(xué)化的發(fā)展相對于其他方面呈現(xiàn)出較強(qiáng)的有序性，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展過程中的有序性最弱。農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展過程中，電力、農(nóng)藥化肥、機(jī)械設(shè)備必不可少，由于河南人口眾多，農(nóng)業(yè)的發(fā)展主要以家庭為單位，大規(guī)模機(jī)械化耕作不能實(shí)現(xiàn)。由于近幾年政府一直加大農(nóng)村電網(wǎng)的改造，農(nóng)村電力基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善，有助于農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展。通過改善化肥的效用和農(nóng)藥的功效，可以不斷的增加農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值。由于河南省人口眾多，加上不同地區(qū)的地貌差異比較大，山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推廣就要比平原地區(qū)難很多，個體農(nóng)業(yè)耕種都會影響農(nóng)業(yè)機(jī)械化的使用效率，進(jìn)而就會影響對農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的演化進(jìn)程。另外，國家政策、農(nóng)業(yè)發(fā)展資金、勞動力素質(zhì)以及氣候等的原因，都會對農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的演化發(fā)展有影響。為更進(jìn)一步了解農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化的情況如何，本文根據(jù)熵變理論，把上述時間分為幾個時間段，求其不同時間段的灰關(guān)聯(lián)熵，以此來判定農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的演化方向。根據(jù)熵的變化理論，經(jīng)過計(jì)算得出以上的灰關(guān)聯(lián)熵值，可以看出，所選取的五個反映農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的指標(biāo)，隨著時間的發(fā)展，熵值都呈遞減趨勢，也反映了農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的演化發(fā)展是良性的。如果將三個時間段的數(shù)據(jù)相加可以得到s1＝6．8122，s2＝4．4978，s3＝3．3204，可以看到熵值總體也在遞減，農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)處于良性循環(huán)的演化發(fā)展過程中，也表明系統(tǒng)的功能處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。

4結(jié)論

就本文選用的指標(biāo)，根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)，可以看出，河南省農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)演化的狀態(tài)是良性的，但是就單個反映農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的指標(biāo)而言，部門之間還是有一定的差異的。根據(jù)上文的數(shù)據(jù)可知，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)電氣化、生物化學(xué)化的關(guān)聯(lián)性更緊密一些，即這些部門的演化發(fā)展情況要好于其他部門。也表明在農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展過程中，對現(xiàn)代信息工業(yè)科學(xué)技術(shù)的利用還是明顯不足，無法推廣精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。而且化肥和農(nóng)藥的大量使用，對環(huán)境是一個很大的潛在威脅，因此這就要求政府在考慮發(fā)展的時候，能加大對農(nóng)業(yè)的科技投入，是發(fā)展更為和諧。由于選用指標(biāo)的限制，本文還不能完全體現(xiàn)出整個農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)的發(fā)展演化情況，本文的研究結(jié)果也僅僅以河南的農(nóng)業(yè)發(fā)展情況為基礎(chǔ)，也比較符合河南省農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際，也為決策者提供一定的參考依據(jù)。