農業(yè)科技灰色關(guān)聯(lián)熵分析論文
１引言
農業(yè)的發(fā)展變化時(shí)刻受著(zhù)農業(yè)科技的影響，探討農業(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，國內的學(xué)者無(wú)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業(yè)科技的評價(jià)、測度，也通過(guò)建立相關(guān)指標來(lái)探究農業(yè)科技的發(fā)展情況，目前比較常用的評價(jià)農業(yè)科技發(fā)展情況方法有測算貢獻率的比較法、單一指標評價(jià)法以及總體評價(jià)方法，這些方法能比較全面的衡量某一時(shí)期農業(yè)科技的發(fā)展水平。劉明、王克林提出目前我國農業(yè)現代化進(jìn)程測度的支撐技術(shù)———多指標綜合測度法的優(yōu)化方案，來(lái)實(shí)現對農業(yè)現代化進(jìn)程時(shí)空上動(dòng)態(tài)特征的量化分析。盧亞麗、傅新紅提出了區域農業(yè)科技進(jìn)步測度模型的設計的依據和應該遵循的原則，并構造了一個(gè)測度模型。以上研究?jì)H從測度和評價(jià)的角度對農業(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業(yè)科技的發(fā)展變化情況，本文將以系統思想為研究基礎，結合灰色系統理論來(lái)探討農業(yè)科技系統的發(fā)展變化狀況。
２基于灰關(guān)聯(lián)熵的農業(yè)科技系統演化方向判別模型
２．１農業(yè)科技系統的有序性分析
由于農業(yè)科技時(shí)刻都在發(fā)展進(jìn)步中，因此整個(gè)農業(yè)科技系統充滿(mǎn)隨機和不確定性，在對農業(yè)科技系統分析的時(shí)候，把其看作是一類(lèi)灰色系統，根據灰色系統理論中的關(guān)聯(lián)分析原理，來(lái)做定量描述分析，揭示農業(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)系數越大，就表示系統的有序性越強，所以計算性越強。但由于農業(yè)科技系統的多目標性，所獲得的關(guān)聯(lián)系數也比較多，不能很好的反映農業(yè)科技系統整體的變化規律，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以將這種關(guān)聯(lián)系數的變化規律用熵來(lái)表述，通過(guò)不同時(shí)段系統熵的變化來(lái)對其演化方向進(jìn)行判別。
２．２農業(yè)科技系統的灰色關(guān)聯(lián)熵
（１）有關(guān)的模型。農業(yè)科技系統演化發(fā)展的灰色關(guān)聯(lián)系數：設時(shí)間序列為ｘｉ＝（ｘｉ（１），ｘｉ（２），…，ｘｉ（ｍ）），ｘｉ（ｍ）表示在第ｍ年第ｉ個(gè)指標的數值。首先：要獲得每個(gè)數列的初值像，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(lái)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：設數列Ｘ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ），ｘｉ≥０，且叮ｉ＝１，稱(chēng)函數叮睿ｉｌｏｇｘｉ為序列Ｘ的灰熵，ｘｉ為屬性信息。定義２：設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））／叮瞀疲ǎ（ｉ），ｙ（ｉ）），Ｐｉ海校輳ｉ＝１，２，…，ｎ為灰色關(guān)聯(lián)系數分布映射，映射值稱(chēng)為分布的密度值。根據灰熵定義，以及灰關(guān)聯(lián)分布映射，灰關(guān)聯(lián)熵可以表示為：Ｓ（ｔ）＝－叮睿椋劍保校椋歟錚紓校椋ǎ玻┦街校櫻ǎ簦┪農業(yè)科技系統在第ｔ時(shí)段的灰色關(guān)聯(lián)熵，它表示此時(shí)刻農業(yè)科技系統的狀態(tài)，系統狀態(tài)發(fā)生變化，相應熵值也就發(fā)生變化。由于農業(yè)科技系統耗散性的特點(diǎn)，系統能量不會(huì )消失，與外界進(jìn)行著(zhù)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，農業(yè)科技系統的演變方向即可良性化，也可惡性化，這取決于系統熵的變化機制。為此，可以借助熵的變化理論建立農業(yè)科技系統演化方向的判別模型，作為檢驗和判斷系統演變規律的方法。ΔＳ＝Ｓ（ｍ）－Ｓ（ｎ）（３）其中，Ｓ（ｍ）為系統在ｍ時(shí)點(diǎn)的熵值，Ｓ（ｎ）為系統在ｎ時(shí)點(diǎn)的熵值，而兩者之差即為兩個(gè)時(shí)間段下農業(yè)科技系統與外界發(fā)生能量和物質(zhì)交換所引起的熵變，根據熵變值ΔＳ的大小，即可判斷農業(yè)科技系統演化過(guò)程中所處的狀態(tài)以及演化的方向：當ΔＳ＞０時(shí)，系統出現了熵增，系統無(wú)序狀態(tài)增大，此時(shí)系統的演化循環(huán)處于惡性。當ΔＳ＜０時(shí)，系統出現了熵減，系統有序度狀態(tài)增強，此時(shí)系統的循環(huán)演化處于良性，并且此時(shí)系統最穩定。當ΔＳ＝０時(shí)，表明系統在某段時(shí)間間隔內熵無(wú)變化，此時(shí)系統狀態(tài)和初始狀態(tài)一致。
３實(shí)證研究
為了能更清楚的認識農業(yè)科技系統演化發(fā)展的狀況，就有必要通過(guò)實(shí)證分析來(lái)論證。由于農業(yè)科學(xué)技術(shù)一直在發(fā)展更新，因此整個(gè)農業(yè)科技系統的演化也在不斷進(jìn)行。農業(yè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步有很多方面可以體現出來(lái)，為了論證的方便，本文選取兩個(gè)大的類(lèi)別：農業(yè)機械技術(shù)和農業(yè)生物化學(xué)技術(shù)。能表征這兩方面技術(shù)發(fā)展水平的指標比較多，為了能較全面的反映農業(yè)科技演化的情況，本文從眾多的指標中選取有代表性的，同時(shí)參考以下幾個(gè)方面：（１）指標的選取必須盡量全面、完整，而且所選取的指標能根據不同的要求來(lái)考查。（２）要選取有代表性的和典型性的指標，對于表征的含義相同、相近或者具有較大關(guān)聯(lián)性的指標不予考慮，所選取的指標盡可能的含有更多的信息量，以此來(lái)反映問(wèn)題的不同方面。（３）選取的指標應該具有實(shí)用性和可行性，能反映某一時(shí)期的農業(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(jià)。根據以上幾點(diǎn)的要求，本文選取農業(yè)機械化、電氣化、水利化和生物化學(xué)化這四個(gè)方面來(lái)反映農業(yè)科技在某一時(shí)期的發(fā)展水平。具體而言，這四個(gè)方面分別指的是指的是農業(yè)機械總動(dòng)力、農村用電量、化肥施用量和農藥施用量、有效灌溉面積。本文參考《河南省統計年鑒》（２００１－２００９年）獲得相關(guān)數據見(jiàn)表１。利用表征農業(yè)技術(shù)發(fā)展程度的農業(yè)機械總動(dòng)力、農業(yè)的用電量、化肥施用量、農藥使用量、有效灌溉面積這五個(gè)指標作為比較數列Ｘｉ＝｛Ｘｉ（ｔ），ｔ｝＝１，２，…９，ｉ＝１，２，３，４，５，取農業(yè)總產(chǎn)值作為參考列Ｘ０＝｛Ｘ０（ｔ），ｔ＝１，２，…，９｝，計算Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５與Ｘ０之間的灰色關(guān)聯(lián)系數。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。根據灰色關(guān)聯(lián)熵的相關(guān)理論可知，在系統的發(fā)展變化過(guò)程中，表征農業(yè)科技系統某一時(shí)期發(fā)展水平的值與某一合理閾值的關(guān)聯(lián)系數越大，則演化過(guò)程中系統的有序性就越強。根據所獲得的數據可以看出，河南省農業(yè)電氣化和農業(yè)化學(xué)化的發(fā)展相對于其他方面呈現出較強的有序性，農業(yè)機械化的發(fā)展過(guò)程中的有序性最弱。農業(yè)的現代化發(fā)展過(guò)程中，電力、農藥化肥、機械設備必不可少，由于河南人口眾多，農業(yè)的發(fā)展主要以家庭為單位，大規模機械化耕作不能實(shí)現。由于近幾年政府一直加大農村電網(wǎng)的改造，農村電力基礎設施日趨完善，有助于農業(yè)科技的發(fā)展。通過(guò)改善化肥的效用和農藥的功效，可以不斷的增加農業(yè)的產(chǎn)值。由于河南省人口眾多，加上不同地區的地貌差異比較大，山區農業(yè)機械化的推廣就要比平原地區難很多，個(gè)體農業(yè)耕種都會(huì )影響農業(yè)機械化的`使用效率，進(jìn)而就會(huì )影響對農業(yè)科技系統的演化進(jìn)程。另外，國家政策、農業(yè)發(fā)展資金、勞動(dòng)力素質(zhì)以及氣候等的原因，都會(huì )對農業(yè)科技系統的演化發(fā)展有影響。為更進(jìn)一步了解農業(yè)科技系統演化的情況如何，本文根據熵變理論，把上述時(shí)間分為幾個(gè)時(shí)間段，求其不同時(shí)間段的灰關(guān)聯(lián)熵，以此來(lái)判定農業(yè)科技系統的演化方向。根據熵的變化理論，經(jīng)過(guò)計算得出以上的灰關(guān)聯(lián)熵值，可以看出，所選取的五個(gè)反映農業(yè)科技發(fā)展水平的指標，隨著(zhù)時(shí)間的發(fā)展，熵值都呈遞減趨勢，也反映了農業(yè)科技系統的演化發(fā)展是良性的。如果將三個(gè)時(shí)間段的數據相加可以得到ｓ１＝６．８１２２，ｓ２＝４．４９７８，ｓ３＝３．３２０４，可以看到熵值總體也在遞減，農業(yè)科技系統處于良性循環(huán)的演化發(fā)展過(guò)程中，也表明系統的功能處于一個(gè)穩定的狀態(tài)。
４結論
就本文選用的指標，根據所獲得的數據，可以看出，河南省農業(yè)科技系統演化的狀態(tài)是良性的，但是就單個(gè)反映農業(yè)科技發(fā)展水平的指標而言，部門(mén)之間還是有一定的差異的。根據上文的數據可知，農業(yè)產(chǎn)值與農業(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(mén)的演化發(fā)展情況要好于其他部門(mén)。也表明在農業(yè)科技的發(fā)展過(guò)程中，對現代信息工業(yè)科學(xué)技術(shù)的利用還是明顯不足，無(wú)法推廣精準農業(yè)。而且化肥和農藥的大量使用，對環(huán)境是一個(gè)很大的潛在威脅，因此這就要求政府在考慮發(fā)展的時(shí)候，能加大對農業(yè)的科技投入，是發(fā)展更為和諧。由于選用指標的限制，本文還不能完全體現出整個(gè)農業(yè)科技系統的發(fā)展演化情況，本文的研究結果也僅僅以河南的農業(yè)發(fā)展情況為基礎，也比較符合河南省農業(yè)發(fā)展的實(shí)際，也為決策者提供一定的參考依據。
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