謝第斌，胡明形

（北京林業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，北京 100083）

基于相關分析和主成分分析的國有林場分類指標體系設計研究

謝第斌，胡明形

（北京林業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，北京 100083）

對國有林場施行分類經(jīng)營和管理是國有林場改革的重要內容，科學的分類標準是國有林場分類經(jīng)營和管理的基礎，進行國有林場分類指標體系的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。針對幾種指標篩選的適用性和優(yōu)缺點，提出了基于相關分析和主成分分析的指標選取方法。在依據(jù)全國主體功能區(qū)規(guī)劃對國有林場進行功能分區(qū)的基礎上，使用該方法最終確立了我國國有林場分類指標體系，指標體系包括林場經(jīng)營管理水平、林場資源水平、林場經(jīng)營條件、林場生態(tài)及非林產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、林場所在地區(qū)經(jīng)濟效益5個一級指標和眾多二級指標。

國有林場；指標選取方法；相關分析和主成分分析；分類指標體系

2015年3月國家出臺的《國有林場改革方案》將國有林場主要功能明確定位于保護培育森林資源、維護國家生態(tài)安全，在國有林場改革的基本原則中指出：堅持因地制宜，分類施策。這實際意味著，國有林場改革中要根據(jù)林場實地情況及生態(tài)要求，施行分類經(jīng)營和管理。國有林場分類的基礎是確定分類的依據(jù)和標準，因此，開展國有林場分類指標體系的研究對于國有林場分類經(jīng)營和管理具有十分重要的現(xiàn)實意義。

我國國有林場分類的現(xiàn)有研究主要集中于國有林場分類依據(jù)和分類結果上。分類依據(jù)最初主要考慮林場的經(jīng)營狀況和資源狀況，如姚慶端認為林場分類應按經(jīng)營方向、森林培育目標、森林資源狀況、經(jīng)營條件、經(jīng)營水平、經(jīng)營規(guī)模和自然條件等因素進行劃分[1]。此后逐漸將生態(tài)因素考慮到國有林場的分類中，如朱永法以生態(tài)林面積與總林地面積的比例作為劃分標準[2]；羅攀柱則將立地條件差、經(jīng)營效益、生態(tài)效益和社會效益作為公益型林場劃分的標準[3]。從分類結果看，一是將國有林場分成商品型和公益型，認為應將國有林場分為生態(tài)公益型和商品經(jīng)營型[4]；二是在公益型的基礎上繼續(xù)劃分，主張將國有林場分為3類：商品經(jīng)營型、生態(tài)公益型、生態(tài)經(jīng)營型[5]，將公益型林場分為公益Ⅰ型林場和公益Ⅱ型林場[3]?，F(xiàn)有國有林場分類研究中存在兩個問題，一是分類依據(jù)不足，沒有將林場所處的生態(tài)功能區(qū)位和地區(qū)經(jīng)濟因素考慮進去，而兩者是影響國有林場經(jīng)營管理的重要因素；二是沒有涉及分類指標體系的系統(tǒng)研究。鑒于此本研究將從國有林場改革的要求出發(fā)，在全國主體功能區(qū)規(guī)劃的基礎上，考慮資源條件、社會經(jīng)濟條件、經(jīng)營水平、生態(tài)功能、區(qū)位條件等因素，研究設計我國國有林場分類指標體系。

1 國有林場分類指標體系設計原則與方法

1.1 指標體系設計的原則

指標體系的建立應符合統(tǒng)計指標理論，以科學性為基礎。指標的數(shù)據(jù)結構應便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，滿足分類方法的要求。參考相關研究[6]，確定國有林場分類指標選取應遵循原則以下：

全面性原則：所選指標能夠全面的反映國有林場經(jīng)營特點。包括林場的基本經(jīng)營狀況、森林資源狀況、經(jīng)營條件、生態(tài)價值、所處地區(qū)經(jīng)濟效益等。

代表性原則：入選的每一指標要能準確反映國有林場某一數(shù)量方面的基本特征，是國有林場數(shù)量方面的代表性指標。

獨立性原則：同一層次的指標之間盡量不相互重疊[7]，指標的關聯(lián)性盡可能小。

可行性原則：指標含義明確，便于量化，各指標可以利用現(xiàn)有統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集方法和渠道獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

1.2 幾種常用指標篩選方法的比較

指標篩選是指標體系設計的重要環(huán)節(jié)，既要從眾多的或獨立、或相關的候選指標中，篩選出全面地反映總體對象的信息的指標，同時所選指標也不能存在冗余的現(xiàn)象，這就要求指標在滿足重要性的同時指標間不能存在相關關系。對候選指標篩選的常用方法主要有條件廣義方差極小法、極大不相關法、非參數(shù)檢驗方法。

1.2.1 條件廣義方差極小法和極大不相關法

如果γp很大，表示Xp很大程度上由X1，X2，…，Xp-1所決定，可以刪除。對候選指標依次求其復相關系數(shù)，比較其大小，刪除復相關系數(shù)最大對應的指標，重復此操作，直到獲得最終的指標體系。

這兩種方法基本思想類似，均是從相關性分析的角度來進行指標選取，這能有效地解決指標間的相關性問題，但也存在一些問題，它們需要事前確定最終保留的指標數(shù)，以確定整個指標篩選過程何時終止。此外，這兩種方法只以相關性作為指標選取的唯一標準，無法確定剔除指標的重要性水平，很可能造成重要信息的缺失。

1.2.2 非參數(shù)檢驗法

非參數(shù)檢驗法由王璐提出[10]，其基本思想是：利用wilcoxon秩和檢驗和Kruskal- wallis檢驗對指標進行分類，保證同一子類指標無差異，各子類之間具有顯著性差異。當某一子類指標數(shù)n＝1時，該指標直接保留；當n＝2時，采用極大不相關方法，選擇復相關系數(shù)較小的對應的指標；當n＞2時，計算各指標對其他指標的spearman秩相關系數(shù)平方和，取最大平方和所對應的指標。

此方法保留下了具有顯著性差異的指標，具有顯著性差異的指標反映了研究對象不同方面的屬性，最終保留下的指標能滿足全面性的原則。但是差異顯著的指標并不意味著相關性弱，當候選指標間相關性較強時，非參數(shù)檢驗法選取指標的效果并不理想，它在追求信息全面性的同時可能出現(xiàn)指標間的相關性問題。

1.3 基于相關分析和主成分分析的指標篩選方法

對候選指標的選取必然會造成信息的丟失，從而無法完全意義上地滿足全面性的原則，理想的指標篩選方法能夠在解決相關性問題的前提下，保留重要性水平高的指標。正是出于這種考慮，本文提出了基于相關分析和主成分分析的指標選取方法，相關性關系用相關系數(shù)來表示，重要性水平可以由主成分分析得到的各主成分方差貢獻率與指標的載荷系數(shù)絕對值乘積之和的大小來衡量，這可以克服人為確定指標權重的主觀性[11]，二者結合使用可篩選出兼具重要性和獨立性的指標體系。具體做法如下。

（1）針對每個方面（如本研究的林場經(jīng)營管理水平）的候選指標進行主成分分析，以每個主成分的方差貢獻率為權重與候選指標的載荷系數(shù)絕對值乘積之和計算該指標對于反映研究對象信息的重要性水平。以X1，X2，…，Xn中的Xp為例，Xp的重要性水平 =|p1|×Comp.1+|p2|×Comp.2+|p3|× Comp.3……+|pn|× Comp.n，p1，p2，…，pn為Xp的載荷系數(shù)，Comp.1 ，Comp.2，…，Comp.n為各個主成分的方差貢獻率。當該值接近于零時認為該指標重要性小，從候選指標中刪除，剩余指標進入下一步。

（2）對剩下的候選指標采用相關系數(shù)法檢驗指標間的相關系數(shù)，以0.3為閥值（弱相關），當某一指標與其他指標相關系數(shù)均小于0.3時，該指標直接進入最后的指標體系，剩余指標進入下一步。

（3）存在相關關系的指標再次使用主成分分析，選擇重要性水平高的指標進入最后的指標體系，與之相關的指標刪除。由此經(jīng)過“主成分分析—相關分析—主成分分析”3個步驟，既消除了指標間的相關關系，也保留了重要性水平高的指標。

2 國有林場分類指標體系設計

本研究首先根據(jù)《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》中國家重點生態(tài)功能區(qū)（限制開發(fā)區(qū)域）名錄和禁止開發(fā)區(qū)域名錄以及國有林場的地理位置，將國有林場劃分為重點生態(tài)功能區(qū)內國有林場、禁止開發(fā)區(qū)內國有林場和其他區(qū)功能區(qū)內國有林場，各功能區(qū)內的國有林場需承擔其公益性職責，滿足各功能區(qū)的生態(tài)要求。國有林場數(shù)據(jù)來源于國家林業(yè)局國有林場數(shù)據(jù)庫。

2.1 候選指標體系設計

現(xiàn)有國有林場分類研究中的一個問題是分類依據(jù)不足，只考慮了經(jīng)營狀況（經(jīng)營水平和經(jīng)營條件）、資源狀況和生態(tài)因素，沒有將林場所處的生態(tài)功能區(qū)位和地區(qū)經(jīng)濟因素考慮進去，將國有林場按主體功能區(qū)規(guī)劃進行功能分區(qū)解決了國有林場的生態(tài)功能區(qū)位問題，林場所在地區(qū)的經(jīng)濟效益指標就應當加入分類指標體系中。行政管理、地理區(qū)域和林地狀況是導致我國大多數(shù)國有林場經(jīng)營困頓的重要原因[12]，將所有這些因素體現(xiàn)于指標體系就得到了國有林場分類候選指標體系。該體系包括林場經(jīng)營管理水平、林場資源水平、林場經(jīng)營條件、林場生態(tài)及非林產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、林場所在地區(qū)經(jīng)濟效益（見表1）。

表1 國有林場分類候選指標體系Table 1 Candidate classification index system of the state-owned forest farms

2.2 指標體系完善

以重點生態(tài)功能區(qū)內國有林場經(jīng)營管理水平指標完善為例，說明基于相關分析和主成分分析指標篩選方法的應用。林場經(jīng)營管理水平包括職工人數(shù)（X1）、職工人均社保支出（X2）、職工人均收入（X3）、職工素質水平（大專學歷以上人數(shù)占總人數(shù)的比例）（X4）、林場總資產(chǎn)（X5）、林場總負債（X6）、林場純利潤（X7）、林場總營業(yè)收入（X8）、林場總收入（X9）、林場采伐出材量（X10）。

對上述10個候選指標進行主成分分析。X1的重要性水平 =0.412×Comp.1+0.272×Comp.2+0.245× Comp.5+0.112× Comp.6+0.487×Comp.7+0.340× Comp.8+0.120×Compp.9+0.557×Comp.10，其余指標類似，所得結果見表2。

表2 主成分分析結果（1）Table 2 The results of principal component analysis (1)

從結果看出，候選指標的重要性水平都不接近零，全部保留，這也說明候選指標的選擇科學合理。

對10個候選指標求相關系數(shù)矩陣，以0.3作為有無相關性的判斷標準。由于指標間可能存在非線性因素，所以選擇Spearman秩相關系數(shù)較恰當[10]。以“1”表示有相關，“0”表示無相關，結果見表3。

表3 相關系數(shù)矩陣表Table 3 Correlation matrix

由結果可知，職工人均社保支出（X2）與所有指標不相關，直接進入最終的指標體系。

對剩下的9個候選指標進行主成分分析，結果見表4。存在相關關系的指標，選擇重要性水平高的指標進入最后的指標體系。以重要性水平大小為序，林場純利潤（X7）進入最終指標體系，與其具有相關關系的林場總收入（X9）刪除；林場總資產(chǎn)（X5）進入最終指標體系，與其具有相關關系的林場職工人數(shù)（X1）、林場總負債（X6）、林場總營業(yè)收入（X8）、林場采伐出材量（X10）刪除；林場職工素質水平（X4）進入最終的指標體系，X3（職工人均收入）與其具有相關性，刪除。

表4 主成分分析結果（2）Table 4 The results of principal component analysis (2)

由此重點生態(tài)功能區(qū)林場經(jīng)營管理水平方面的指標就由原來的10個減為4個：職工人均社保支出、職工素質水平、林場總資產(chǎn)、林場純利潤。林場資源水平及林場經(jīng)營條件可參照上述方法進行指標體系完善。而林場所屬地區(qū)經(jīng)濟效益由于只有一個候選指標，直接進入最終的分類指標體系；林場生態(tài)及非林產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平只有2個候選指標，不適合作主成分分析，參考王璐Kruskalwallis非參數(shù)檢驗指標選擇的方法[10]，對2個指標進行Kruskal- wallis檢驗，P-value＜2.2e-16，2個指標具有顯著性差異，且相關性系數(shù)為0.105 5，為弱相關，2個候選指標均進入最終的分類指標體系。

2.3 國有林場分類指標體系

禁止開發(fā)區(qū)域和其他功能區(qū)內國有林場均可參照重點生態(tài)功能區(qū)的方法，由于篇幅有限，這里僅列出禁止開發(fā)區(qū)、其他功能區(qū)以及重點生態(tài)功能區(qū)3個區(qū)域內國有林場分類指標體系的最終結果。由于3個功能區(qū)內，國有林場的數(shù)據(jù)結構不同，所以最終的分類指標體系并不相同（見表5）。

表5 國有林場分類指標體系Table 5 Classification index system of the state-owned forest farms

3 結 論

本研究從國有林場改革的實際要求出發(fā)，將林場所處的生態(tài)功能區(qū)位和地區(qū)經(jīng)濟因素引入到國有林場的分類中，從35個候選指標中，針對不同的生態(tài)功能區(qū)篩選出了一套國有林場分類指標體系，其中一級指標包括林場經(jīng)營管理水平、林場資源水平、林場經(jīng)營條件、林場生態(tài)及非林產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、林場所在地區(qū)經(jīng)濟效益5個方面；不同的生態(tài)功能區(qū)國有林場的二級指標數(shù)量不同，其中重點生態(tài)功能區(qū)二級指標17個，禁止開發(fā)區(qū)二級指標16個，其他功能區(qū)二級指標18個。從方法及應用過程看，候選指標數(shù)量眾多、樣本量大，從最終確立的指標體系來看，基于相關分析和主成分分析的指標篩選方法實用性高，具有較好的篩選效果。同時，在基于相關分析和主成分分析的指標篩選方法中，相關性的閥值確定并不唯一，可以根據(jù)研究需要進行調整；運用主成分分析方法確定的指標重要性水平還可以用于綜合評價或分類中指標權重的確定。

國有林場分類指標體系的建立只是國有林場分類經(jīng)營和管理的第一步，后續(xù)研究應該根據(jù)此指標體系對三個功能區(qū)的國有林場進行分類，各類型國有林場應結合自身特點和所在功能區(qū)的生態(tài)要求制訂差異性的管理對策，真正實現(xiàn)國有林場管理的因地制宜和分類施策。

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Research on the classification index system design of the state-owned forest farms based on correlation analysis and principal component analysis

XIE Di-bin, HU Ming-xing
(College of Economics & Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

Classified management of the state-owned forest farms is an important content of the reform of the state-owned forest farms,scientific classification criteria is the basis of the classified management, and the research on classification index system of state-owned forest farms has great realistic significance. This paper analyzed the applicability and advantages and disadvantages of several index screening methods, and put forward a new index screening method based on correlation analysis and principal component analysis.Using the method, this paper established the classification index system of the state-owned forest farms after the partition of the stateowned forest farms, the index system includes 5 first class indicators: management level, resource level, management condition,ecological level and non forest industry development level, and many other second class indicators.

the state-owned forest farms; index selection method; correlation analysis and principal component analysis; classification index system.

S750；F307.2

A

1673-923X(2016)08-0141-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.08.025

2015-09-16

國家林業(yè)局重點項目“典型國有林場森林資源經(jīng)營管理模式及技術體系”（2012-07）

謝第斌，碩士研究生

胡明形，教授，博士生導師；Email：hmx5416@sina.com

謝第斌，胡明形. 基于相關分析和主成分分析的國有林場分類指標體系設計研究 [J].中南林業(yè)科技大學學報，2016, 36(8):141-146.

[本文編校：文鳳鳴]