基于主成分分析法和層次分析法的大熊貓生存因子研究

基于主成分分析法和層次分析法的大熊貓生存因子研究

有許多因素影響了大型項(xiàng)目的棲息地。為了確定影響大型項(xiàng)目棲息地的因素，有許多方法，如模糊理論、灰色理論、層次分析等。筆者結(jié)合成都某國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境和特殊性,運(yùn)用主成分分析法和層次分析法相結(jié)合的辦法確定影響大熊貓生存環(huán)境的因子,旨在為自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)和物種的保護(hù)提供新的思路和新的方法。1研究方法的總結(jié)1.1線性合成評(píng)價(jià)主成分分析法主要是運(yùn)用降維的思想,以較少的主成分綜合代替原來(lái)較多的評(píng)價(jià)指標(biāo),使這些主成分盡可能地反映原來(lái)指標(biāo)的信息,而且彼此之間互不相干,將多個(gè)要素轉(zhuǎn)化為少數(shù)綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)分析的方法,能夠有效地將高維問(wèn)題低維化。利用主成分分析法進(jìn)行評(píng)價(jià),包括了2個(gè)層次的線性合成:第一層次將原始指標(biāo)通過(guò)適當(dāng)?shù)木€性組合而成主成分,按累計(jì)方差貢獻(xiàn)率不低于某個(gè)值(通常取0.85)的原則確定前幾個(gè)主成分;第二層次是各主成分以各自的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重,通過(guò)線性加權(quán)求和得到各方案的評(píng)價(jià)值[8,9,10,11,12,13,14,15,16]。1.2“多目標(biāo)、多準(zhǔn)則”的決策分析方法層次分析法又稱(chēng)AHP(AnalyticHierarchyProcess)方法,是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家于20世紀(jì)70年代提出的一種多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的決策分析方法。層次分折法是系統(tǒng)分析的工具之一,其將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷,在對(duì)目標(biāo)(因素)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下加以量化,通過(guò)將復(fù)雜問(wèn)題分解成按支配關(guān)系分組而形成的有序遞階層次結(jié)構(gòu),對(duì)其中的不同因素,由人們通過(guò)兩兩比較的方式,確定層次結(jié)構(gòu)中各因素的相對(duì)重要性,然后綜合比較判斷的結(jié)果,以確定各個(gè)因素相對(duì)重要性的總順序。2環(huán)境保護(hù)因素評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建2.1對(duì)自然環(huán)境的影響按照上文介紹的原理,首先對(duì)所要研究區(qū)域影響大熊貓生存環(huán)境的因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,該處需要注意的就是這種標(biāo)準(zhǔn)化不是一般的處理,必須考慮大熊貓的生活習(xí)性及該自然保護(hù)區(qū)的特殊性,在處理過(guò)程中文章充分考慮了以下因素:大熊貓最適宜生存的海拔在1400~3600m;最適宜生存的坡度在20°以下;最喜歡食冷箭竹、拐棍竹和白夾竹等;最適宜生活在次森林,其次人工林、原始森林;最適宜大熊貓棲息的喬木郁閉度在50%~75%,灌木蓋度在50%~75%,竹子蓋度為50%~75%,水源離其棲息的場(chǎng)所應(yīng)該在100m以內(nèi)。將相關(guān)的環(huán)境因子標(biāo)準(zhǔn)化以后,運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行編程處理,計(jì)算樣本指標(biāo)均值矩陣m,計(jì)算協(xié)方差矩陣C,并求其特征值和特征向量,最后求出影響大熊貓生存環(huán)境因子的貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率以及主成分的個(gè)數(shù),算出其貢獻(xiàn)率(表1)。由表1可知,前8個(gè)環(huán)境因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率超過(guò)了85%,為87.52%,可以得到影響該自然保護(hù)區(qū)大熊貓生存環(huán)境的環(huán)境因子的主成分為8。2.2確定環(huán)境因子的方法雖然得到影響該自然保護(hù)區(qū)大熊貓生存環(huán)境的環(huán)境因子的主成分為8,但是沒(méi)有辦法確定究竟是哪8個(gè)環(huán)境因子,因此必須借助層次分析法。各因素的權(quán)重分配采用了德?tīng)柗品ㄅc層次分析法結(jié)合來(lái)確定,即聘請(qǐng)一批專(zhuān)家來(lái)打分,然后將專(zhuān)家的意見(jiàn)統(tǒng)計(jì)集中,作為確定權(quán)重的依據(jù)。2.2.1個(gè)指標(biāo)比較發(fā)放調(diào)查表,不要求專(zhuān)家直接確定權(quán)重具體值,而只要確定兩兩指標(biāo)間的相對(duì)重要性即可,相對(duì)重要的程度利用自然數(shù)1,2,3,…,9及倒數(shù)1/2,1/3,…,1/9表示;當(dāng)標(biāo)度值為1時(shí),表示2個(gè)指標(biāo)相比具有同樣的重要性;當(dāng)標(biāo)度值為3時(shí),表示2個(gè)指標(biāo)相比,前者比后者稍顯重要;當(dāng)標(biāo)度值為5時(shí),表示2個(gè)指標(biāo)相比,前者比后者明顯重要;當(dāng)標(biāo)度值為7時(shí),表示2個(gè)指標(biāo)相比,前者比后者強(qiáng)烈重要;當(dāng)標(biāo)度值為9時(shí),表示2個(gè)指標(biāo)相比,前者比后者極端重要。如某專(zhuān)家判斷開(kāi)發(fā)效益與波及效益指標(biāo)比較,前者比后者稍微重要,則確定標(biāo)度值為3。倒數(shù)1/2,1/3,…,1/9則表示相反結(jié)果,2,4,6,8,則表示2個(gè)指標(biāo)相比,在上述兩相鄰等級(jí)之間。如此將定性思維判斷的結(jié)果數(shù)量化,一般的專(zhuān)家是比較容易實(shí)現(xiàn)的。筆者在具體構(gòu)造需調(diào)查的環(huán)境因子時(shí),先將需要調(diào)查的環(huán)境因子分成地理要素、地形要素、植被要素、食物要素4個(gè)大類(lèi),而后再將需要監(jiān)測(cè)的環(huán)境因子歸到前面的4個(gè)大類(lèi)中并對(duì)相應(yīng)的環(huán)境因子編號(hào)(表2)。在運(yùn)用專(zhuān)家打分時(shí),先通過(guò)專(zhuān)家評(píng)價(jià)地理要素、地形要素、植被要素、食物要素的重要性。然后專(zhuān)家再評(píng)價(jià)相應(yīng)大類(lèi)中各環(huán)境因子的重要性。同時(shí),因?yàn)樽匀槐Ｗo(hù)區(qū)人為干擾為零星的挖藥,這種干擾隨著保護(hù)區(qū)的設(shè)立和巡邏的加強(qiáng)已經(jīng)基本杜絕,在大熊貓生存環(huán)境因子的評(píng)價(jià)中人為干擾就沒(méi)有考慮。2.2.2環(huán)境因子對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重和排序利用計(jì)算機(jī)Matlab語(yǔ)言和及其工具包,對(duì)層次分析法的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行編程運(yùn)算,得到環(huán)境因子對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重和排序(表3)?？偱判蛞恢滦詸z驗(yàn)結(jié)果為0.0234<0.1,滿足要求。3對(duì)保護(hù)區(qū)環(huán)境的分析模型的初步篩選筆者從大熊貓生活痕跡出發(fā),圍繞著如何預(yù)測(cè)適合大熊貓生存的環(huán)境展開(kāi)一系列探討和研究,并建立模型。在評(píng)價(jià)模型方法的基礎(chǔ)上,運(yùn)用層次分析法和主成分分析法相結(jié)合的辦法確定了影響大熊