【正文】 基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的碳排放約束下的江蘇省煤炭消費(fèi)量預(yù)測討論摘要：江蘇省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展已經(jīng)給環(huán)境質(zhì)量造成巨大的壓力。隨著江蘇省經(jīng)濟(jì)增長與煤炭資源緊缺的矛盾日益突出，煤炭消耗問題成為影響江蘇經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。因此，解決好未來江蘇巨大的煤炭供需缺口，分析預(yù)測江蘇未來的，可以為江蘇戰(zhàn)略性能源開發(fā)供應(yīng)提供依據(jù)，從而保證全省經(jīng)濟(jì)社會的綠色發(fā)展。本文建立了研究低碳經(jīng)濟(jì)下江蘇省煤炭消費(fèi)量的預(yù)測問題的灰色關(guān)聯(lián)分析數(shù)學(xué)模型。. 針對問題一，我們首先利用EXCLE軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過系統(tǒng)的觀察分析選出我們認(rèn)為有用的數(shù)據(jù)。在選擇數(shù)據(jù)的過程中，我們有意識只保留了影響較大的指標(biāo)（即1995年以后的數(shù)據(jù)）。將這些指標(biāo)匯總到一起，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法得到它們的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并計算灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度，根據(jù)灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小，對各評價對象進(jìn)行排序，建立評價對象的關(guān)聯(lián)序，關(guān)聯(lián)度越大，其影響程度越大。最終得到了影響江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量的指標(biāo)及其影響狀況。 針對問題二，我們分析題目所給的數(shù)據(jù)，要預(yù)測未來十年的煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量，可以根據(jù)已有情況來進(jìn)行預(yù)測，為了精確預(yù)測，我們選取20002010年的數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色預(yù)測的方法來求所需得到的數(shù)據(jù)。 針對問題三，我們采用灰色預(yù)測GM（1,1）對未來十年江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測，并用模型對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行估計和驗(yàn)證，求出誤差，找出模型的靈敏度。 針對問題四，我們根據(jù)前幾道題的結(jié)果，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)等方面提出了自己的意見和建議。 最后，通過對所構(gòu)建的模型進(jìn)行檢驗(yàn)以及優(yōu)、缺點(diǎn)評價，并在橫向和縱向上進(jìn)行了廣度和深度的推廣。本文的特色主要體現(xiàn)在灰色理論模型的應(yīng)用和相關(guān)軟件的處理并得到合理結(jié)論方面。 關(guān)鍵字：灰色關(guān)聯(lián)分析法、灰色系統(tǒng)理論GM(1,1)模型、低碳經(jīng)濟(jì)、 煤炭消費(fèi)量預(yù)測、關(guān)聯(lián)度分析、優(yōu)化、Excel、matlab1． 問題的提出與分析 背景知識： 1978年改革開放以來，中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展雖然取得了舉世矚目的成就，但對中國的能源消耗和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生了巨大的壓力。隨著全球經(jīng)濟(jì)大發(fā)展地球表面氣溫不斷升高，℃，℃~℃。以煤炭為主的化石能源的消費(fèi)是引起溫室氣體排放的主要因素，全球氣候變暖給全球的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，已經(jīng)被國際社會公認(rèn)為威脅人類生存安全的最重大環(huán)境問題。江蘇的經(jīng)濟(jì)增長與煤炭資源緊缺的矛盾日益突出，因此，解決好未來江蘇巨大的煤炭供需缺口問題，分析預(yù)測江蘇未來的煤炭消費(fèi)，可以為江蘇戰(zhàn)略性能源開發(fā)供應(yīng)提供依據(jù)，從而保證全省經(jīng)濟(jì)社會的綠色發(fā)展。江蘇省為響應(yīng)國際組織的號召，制訂了碳排放約束指標(biāo)，見表11. 表11 江蘇省碳排放約束指標(biāo)碳排放約束指標(biāo)名稱單位地區(qū)生產(chǎn)總值能耗降低（%）單位地區(qū)生產(chǎn)總值二氧化碳排放減少（%）非化石能源占一次能源消費(fèi)比重（％）指標(biāo)值2015年18197左右2020年50注：2015年指標(biāo)值是以2010年為基期，2020年指標(biāo)值是以2005年為基期。 問題的提出：江蘇省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展已經(jīng)給環(huán)境質(zhì)量造成巨大的壓力，并且付出了沉重的資源和環(huán)境代價，發(fā)展受到環(huán)境強(qiáng)烈的約束正在日益體現(xiàn)出來。而煤炭是主要的能源，所以加強(qiáng)對煤炭的調(diào)節(jié)控制有著至關(guān)重要的意義。題目要求我們找出影響江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量的指標(biāo)及其影響情況，江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量，并在此基礎(chǔ)上考慮節(jié)能目標(biāo)和江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，預(yù)測和優(yōu)化未來十年江蘇省主要能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)。并且根據(jù)分析的結(jié)果和結(jié)論，對江蘇省節(jié)能、減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、煤炭消費(fèi)政策等方面提出意見和建議。 問題的重述與分析：1　 影響江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量的指標(biāo)有哪些？各指標(biāo)對江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量的影響情況怎樣？江蘇省煤炭消費(fèi)總量及其占能源消費(fèi)量的比重、第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量的變動對節(jié)能、減排和經(jīng)濟(jì)增長等指標(biāo)產(chǎn)生怎樣的影響？ 對問題1：我們首先通過觀察數(shù)據(jù)之間的不同關(guān)系，從中選擇出我們認(rèn)為有用的數(shù)據(jù)，在選擇數(shù)據(jù)的過程中，我們有意識的刪除了一些不重要的數(shù)據(jù)和影響較小的數(shù)據(jù)，然后得到影響較大的指標(biāo)，將這些指標(biāo)匯總到一起，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法得到它們的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并計算灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度，根據(jù)灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小，對各評價對象進(jìn)行排序，建立評價對象的關(guān)聯(lián)序，關(guān)聯(lián)度越大，其影響程度也就越大。2　 在整個碳排放約束下，考慮節(jié)能目標(biāo)和江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型，對“十二五”期間及未來十年江蘇省主要能源（煤炭、石油、天然氣等）消費(fèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測和優(yōu)化。對問題2：根據(jù)問題一求解的指標(biāo)結(jié)果，我們先不考慮碳排放約束，直接對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由于2001年之前的數(shù)據(jù)與未來發(fā)展的相關(guān)性不大，因此我們只選用2001—2010年的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立GM（1,1）灰色預(yù)測模型對能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)題目的相關(guān)信息，我們覺得用最近十年的相關(guān)信息去預(yù)測未來十年更具有代表性，于是我們舍棄了2000年以前的相關(guān)數(shù)據(jù)。關(guān)于優(yōu)化問題，我們采用線性規(guī)劃的優(yōu)化問題，并以國家規(guī)定的能源降低使用率做為約束條件。3　 在整個碳排放約束下，考慮節(jié)能目標(biāo)和江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型，對“十二五”期間及未來十年江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測和優(yōu)化。請對預(yù)測模型和預(yù)測結(jié)果的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)和說明。對問題3：在整個碳排放約束下，考慮節(jié)能目標(biāo)和江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，對未來十年江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測和優(yōu)化。對于此問題，我們同樣運(yùn)用了灰色系統(tǒng)理論中的GM(1,1)模型來進(jìn)行處理，用近十年的數(shù)據(jù)預(yù)測出來未來十年江蘇省煤炭消費(fèi)總量以及第一、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量。并用擬合的模型驗(yàn)證已有數(shù)據(jù)，來對模型進(jìn)行檢驗(yàn)。4　 根據(jù)分析的結(jié)果和結(jié)論，對江蘇省節(jié)能、減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、煤炭消費(fèi)政策等方面提出意見和建議。 對問題4：我們根據(jù)前幾道題的結(jié)果，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)等方面提出了自己的意見和建議。2． 模型的準(zhǔn)備與分析1. 關(guān)聯(lián)分析模型，關(guān)聯(lián)度分析方法是以發(fā)展態(tài)勢為立足點(diǎn)，對于研究事物的發(fā)展趨勢具有重要意義，揭示了事物動態(tài)關(guān)聯(lián)的特征與程度，通過運(yùn)用該模型我們很好的揭示了各個變量的關(guān)聯(lián)特征和程度對于揭示事物內(nèi)部因素之間的影響關(guān)系具有很大的意義；2. 運(yùn)用關(guān)聯(lián)分析模型，關(guān)聯(lián)度分析方法揭示了事物動態(tài)關(guān)聯(lián)的特征與程度，通過運(yùn)用該模型我們很好的揭示了各個變量的關(guān)聯(lián)特征和程度，為我們了解和分析各變量之間的聯(lián)系提供了很好的依據(jù)；3. GM（1,1）灰色預(yù)測模型根據(jù)過去和現(xiàn)實(shí)的信息建立模型，推測未來的情況，提出事物發(fā)展變化的規(guī)律。它不受傳統(tǒng)模型對原始數(shù)據(jù)種種要求的約束，具有實(shí)用性強(qiáng)、預(yù)測性能好的優(yōu)點(diǎn)是由于疾病預(yù)測，以探求一種較為實(shí)用的傳染病定量預(yù)測方法。短序列灰色增量模型還可以對全國人口的檢驗(yàn)與預(yù)測。在灰色預(yù)測GM（1,1）模型的的基礎(chǔ)上建立灰色預(yù)測GM（1,N）模型提高預(yù)測的精確度。4. 灰色預(yù)測模型GM(1,1)是一種長期預(yù)測模型，從自身的序列中尋找信息建立模型，將預(yù)測系統(tǒng)種的隨機(jī)元素作為灰色數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而找出數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。進(jìn)行預(yù)測所需數(shù)據(jù)量少，預(yù)算方便，建模進(jìn)度高，預(yù)測精度高，具有較強(qiáng)的移植性無須像其它預(yù)測法要么需要大量數(shù)據(jù)且規(guī)律性強(qiáng)要么要憑經(jīng)驗(yàn)給出系數(shù)。在各種預(yù)測領(lǐng)域都有著廣泛的運(yùn)用，是處理小樣本預(yù)測問題的有效工具；3． 模型的假設(shè)；，不會出現(xiàn)突發(fā)或者不可預(yù)知事件影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源供應(yīng)，如自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭、經(jīng)濟(jì)危機(jī)、能源危機(jī)等；、二、三產(chǎn)業(yè)煤炭消費(fèi)量對未來的預(yù)測結(jié)果不產(chǎn)生影響；，過低碳生活。；、石油、天然氣這些燃料燃燒排放；4． 符號說明序號符號（可帶單位）符號說明1 分別表示、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量、總?cè)丝跀?shù)、能源消費(fèi)總量、煤炭生產(chǎn)量、煤炭消費(fèi)量,2 表示、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量、總?cè)丝跀?shù)、能源消費(fèi)總量、煤炭生產(chǎn)量、煤炭消費(fèi)量的系數(shù)3 表示、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量、總?cè)丝跀?shù)、能源消費(fèi)總量、煤炭生產(chǎn)量、煤炭消費(fèi)量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)4為第i個評價對象對理想對象的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度5參數(shù)列6,B矩陣5． 模型的建立與求解 對問題1的分析與求解 我們首先通過觀察數(shù)據(jù)之間的不同關(guān)系，從中選擇出我們認(rèn)為有用的數(shù)據(jù)，在選擇數(shù)據(jù)的過程中，我們有意識的刪除了一些不重要的數(shù)據(jù)和影響較小的數(shù)據(jù)，然后得到影響較大的指標(biāo)，將這些指標(biāo)匯總到一起，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法得到它們的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并計算灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度，根據(jù)灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小，對各評價對象進(jìn)行排序，建立評價對象的關(guān)聯(lián)序，關(guān)聯(lián)度越大，其評價結(jié)果越好。 建模的數(shù)據(jù)處理 、二、三產(chǎn)業(yè)以及人均地區(qū)生產(chǎn)總值和地區(qū)生產(chǎn)總值增長情況見表41：（單位：億元）江蘇省主要年份地區(qū)生產(chǎn)總值（單位：億元）年份地區(qū)生產(chǎn)總值第一產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)第三產(chǎn)業(yè)人均地區(qū)生產(chǎn)總值（元）199573191996847119979371199810049199910695200011765200112879200214369200316743200420031200524616200628526200733837200840014200944253201052840說明：本表按當(dāng)年價格計算。數(shù)據(jù)整理自《江蘇統(tǒng)計年鑒2011》。做出折線圖41：由上折線圖可知從1995年至2010年人均地區(qū)生產(chǎn)總值逐年遞增，是影響該地區(qū)生產(chǎn)總值的主要因素。第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)逐年穩(wěn)步增長，而第一產(chǎn)業(yè)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，因此第一產(chǎn)業(yè)不利于該地區(qū)生產(chǎn)總值的增長，要想繼續(xù)提升該地區(qū)的生產(chǎn)總值，第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)需繼續(xù)保持，第一產(chǎn)業(yè)有待改進(jìn)。 ：江蘇省煤炭調(diào)入量年份煤炭消費(fèi)量（萬t）煤炭調(diào)入量（萬t）煤炭調(diào)入量占消費(fèi)量（%）199589366900199688337338199785856548199885716791199987147098200087706763200189637097200296637678200310849852520041327211020200516779144962006184281581120071995217948200820737194672009210031870620102310021655做出圖42： 隨著該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷增長，煤炭的的消費(fèi)量也在迅速的增長，由上折線圖可知該地區(qū)的煤炭消費(fèi)量已經(jīng)超過了煤炭的調(diào)入量，出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，需要其他的能源代替煤炭資源。 c. 19952010年江蘇省主要能源消費(fèi)量見表43：江蘇省主要能源消費(fèi)量（單位：tec）年份能源煤炭銷售量石油消費(fèi)量天然氣消費(fèi)量199519