王殿穎，文傳浩，馬文斌

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的區(qū)域差異時空演變分析
——以重慶市為例

王殿穎，文傳浩，馬文斌

以重慶市為例，從時間維度分析重慶市2000-2008年區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異變化的過程。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和MATLAB軟件，從“一圈兩翼”的視角，輔以縣域?qū)Ρ妊芯?，探討重慶市區(qū)域域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異的空間格局。通過對形成區(qū)域差異的原因分析，提出從發(fā)展戰(zhàn)略和政策體制上縮小區(qū)域差異，促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

區(qū)域發(fā)展差異；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；MATLAB

重慶市是中國重要的中心城市之一，長江上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)中心和金融中心，但是一直以來都存在區(qū)域經(jīng)濟(jì)差距，大城市帶大農(nóng)村的城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)特征非常突出，一定程度上已制約了重慶整體發(fā)展水平的提高及綜合競爭力的提升。目前對重慶市的區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異的研究，大多是40個縣為單元的縣域經(jīng)濟(jì)差異的現(xiàn)狀分析。大部分采用層次分析法(AHP法)、主成分分析法和模糊聚類評價法等［1-4］等傳統(tǒng)方法。本文運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，采用BP算法建立區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異評價體系，對“一圈兩翼”三地區(qū)進(jìn)行定量分析和橫向比較，并對每一地區(qū)內(nèi)的區(qū)縣進(jìn)行內(nèi)部比較和分析，進(jìn)而提出區(qū)域發(fā)展模式及對策。

一、“一圈兩翼”發(fā)展差異演變的時間特征

我們以重慶市2000～2008年的人均GDP為度量區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異的變量指標(biāo)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)兩個常用指標(biāo)來分析“一圈兩翼”三地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異的演變趨勢和主要特征。

圖1 重慶市區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異的變化過程

（一）三地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的絕對差異呈擴(kuò)大趨勢

從圖1可以看出，以人均GDP標(biāo)準(zhǔn)差為代表的絕對發(fā)展差異在2000～2008年間遞增，年均遞增率為14.84%，表明重慶市三地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平絕對差異一直呈擴(kuò)大態(tài)勢。2000～2004年，三地區(qū)的區(qū)域差異加速擴(kuò)大，且從2002年開始的增速比2002年略大，2004～2006年區(qū)域發(fā)展差異速度放緩，2006～2008年迅速加大。

（二）三地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的相對差異

從圖1可知，用變異系數(shù)測度的各縣市人均GDP的相對差異，2001～2002呈下降趨勢，2002年2004年又呈上升趨勢，2004到2006年呈下降趨勢，且幅度較大。2006～2008有小幅變化，8年間大體呈波浪式發(fā)展。

二、“一圈兩翼”區(qū)域差異的ANN評價

（一）BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理與技術(shù)簡介

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是20世紀(jì)40年代產(chǎn)生、80年代發(fā)展起來的模擬動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征、進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型。這種網(wǎng)絡(luò)依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程度，通過內(nèi)部大量節(jié)點之間相互連接的關(guān)系，從而達(dá)到處理信息的目的。BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，是目前應(yīng)用最廣泛的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。BP網(wǎng)路能學(xué)習(xí)和存貯大量的輸入-輸出模式映射關(guān)系，無需揭示這種映射關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，通過反向傳播來不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值，使網(wǎng)絡(luò)的誤差平方和最小，克服了以往傳統(tǒng)評價方法的弊端。

（二）BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立與驗證

本文采用的BP網(wǎng)絡(luò)模型是在MATLAB環(huán)境下，采用MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中的函數(shù)編程求解。將經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平分級指標(biāo)作為樣本輸入，評價級別作為網(wǎng)絡(luò)輸出，BP網(wǎng)絡(luò)通過不斷學(xué)習(xí)修改權(quán)重，找出評價指標(biāo)與評價級別間復(fù)雜的內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系，利用此網(wǎng)絡(luò)模型可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的綜合評價。

樣本確定：根據(jù)所有樣本的數(shù)據(jù)最大和最小區(qū)間,運(yùn)用歸一化處理和線性內(nèi)插的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行等級劃分，構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。將區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平分為5級,等級越高，代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展越好。1表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，2表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，3表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平中等，4表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，5表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高。測試樣本即待評價樣本,是由各評價單元的區(qū)域發(fā)展實際監(jiān)測值構(gòu)成的輸入樣本集［5］。

表1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的ANN模型評價標(biāo)準(zhǔn)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定：BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層和輸出層。當(dāng)各節(jié)點具有不同的界限時，對于在閉區(qū)間內(nèi)的一個連續(xù)函數(shù)可用一個隱含層的網(wǎng)絡(luò)來逼近。一個3層的BP網(wǎng)絡(luò)可以完成任意的n維到m維的映射，因此本研究中BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型層數(shù)取3層，即輸入層、隱含層和輸出層。根據(jù)前文建立的區(qū)域發(fā)展差異評價指標(biāo)體系確認(rèn)BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入節(jié)點，所以輸入層神經(jīng)元個數(shù)為10；輸出層節(jié)點數(shù)為各區(qū)縣的區(qū)域發(fā)展等級，因此本模型輸出層節(jié)點數(shù)確定為1；隱含層個數(shù)的確定通過經(jīng)驗公式n=(n+m)1/2+a，確定為5。據(jù)此，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為10×5×1，其中隱含層神經(jīng)元為5個，輸出層神經(jīng)元為1個。網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值為［0,1］之間的隨機(jī)數(shù)，最大訓(xùn)練批次為100 000次，最大誤差為0.000 1。從輸入層到隱含層采用非線性S型傳遞函數(shù)tansig函數(shù)，從隱含層到輸出層采用線性函數(shù)purlin函數(shù)，學(xué)習(xí)規(guī)則采用Levenberg2Mar2quardt以保證快速收斂。

（三）評價結(jié)果及分析

表2 重慶市一圈兩翼地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異評價結(jié)果

表3 重慶市各區(qū)縣地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異評價結(jié)果

1.“一圈兩翼”區(qū)域發(fā)展差異顯著。重慶市區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合實力差距顯著，“一圈”的區(qū)域程度最高，“兩翼”地區(qū)發(fā)展指數(shù)接近，渝東北地區(qū)略高于渝東南地區(qū)。一小時經(jīng)濟(jì)圈發(fā)展指數(shù)為3.106，幾乎是“兩翼”地區(qū)的2倍；其次為渝東北地區(qū)，發(fā)展指數(shù)為1.574，發(fā)展最差的地區(qū)為渝東南地區(qū)，發(fā)展指數(shù)為1.565?！耙蝗Α钡貐^(qū)高于全市平均水平，“兩翼”地區(qū)均低于全市平均水平（見圖1）。

“一圈”地區(qū)以渝中區(qū)為代表，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，各區(qū)縣經(jīng)濟(jì)實力強(qiáng)，富裕程度高，發(fā)展速度快，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，要素配置、管理水平、交通物流等功能相當(dāng)完善，對周邊城鎮(zhèn)的資源利用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有很大的擴(kuò)散效應(yīng)。其中，主城9區(qū)是發(fā)展最有優(yōu)勢的核心地區(qū)。從表2看，主城9區(qū)排名都在前13位。除兩翼中的發(fā)展較好的個別地區(qū)外，前20位都為一圈地區(qū)的區(qū)縣。渝東北翼是以萬州為核心的三峽庫區(qū)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)重大。全市發(fā)展最差的區(qū)縣也在該區(qū)域，為城口縣，發(fā)展指數(shù)為1.225。渝東南地區(qū)是相對獨特的少數(shù)民族地區(qū)，發(fā)展水平滯后。黔江區(qū)為該區(qū)域的發(fā)展核心，發(fā)展水平較高，在重慶市40個區(qū)縣中排名11?！耙蝗Α卑l(fā)展水平最高的區(qū)縣——渝中區(qū)的發(fā)展指數(shù)為3.543，渝東北、渝東南“兩翼”除了萬州區(qū)、黔江區(qū)得分比較靠前，渝東北地區(qū)發(fā)展水平最高的地區(qū)萬州區(qū)，發(fā)展指數(shù)為1.715，渝東南地區(qū)發(fā)展水平最高的區(qū)縣為黔江區(qū)，發(fā)展指數(shù)為1.848，其他各區(qū)、縣均排在靠后的位置，這充分說明地帶間的差異已十分明顯。

2.區(qū)域內(nèi)部縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡。通過對表2的區(qū)域內(nèi)部縣域發(fā)展水平的橫向比較可以看出，區(qū)域內(nèi)部差異最大的是渝東北翼，渝東南地區(qū)次之，差異最小的是一小時經(jīng)濟(jì)圈。渝中區(qū)、大渡口區(qū)等九大主城區(qū)的得分值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他區(qū)、縣，顯然主城區(qū)是處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展地區(qū)，一小時經(jīng)濟(jì)圈地區(qū)得分值也明顯高于兩翼的得分值。比較渝東南、渝東北兩翼整體分值非常接近，說明兩翼在經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展方面相當(dāng)。但全市的幾個最為貧困的區(qū)縣，如城口縣、巫山縣、巫溪縣等也分布在渝東北地區(qū)，使得渝東北地區(qū)的內(nèi)部分化大于一小時經(jīng)濟(jì)圈和渝東南地區(qū)。

三、區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異的成因分析

（一）自然和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)

一小時經(jīng)濟(jì)圈地勢低，是重慶區(qū)位條件最好、資源環(huán)境承載力最強(qiáng)、最適宜人口和產(chǎn)業(yè)集聚的區(qū)域。兩翼地區(qū)被大巴山、巫山、武陵山環(huán)繞，受自然地理因素的制約和歷史條件的影響，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、經(jīng)濟(jì)總量偏小、貧困人口集中，資源優(yōu)勢難以轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。其中渝東北地區(qū)是長江上游重要的生態(tài)屏障，其環(huán)境承載力較弱，渝東南地區(qū)則是重慶市絕對貧困人口高度集中、貧困發(fā)生率和返貧率最高的區(qū)域。“兩翼”還同屬于我國18個集中連片貧困地區(qū)。

（二）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素

一小時經(jīng)濟(jì)圈的產(chǎn)業(yè)多為金融、商貿(mào)和高科技產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)相對集聚，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較高級，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占全市比重高。

（三）經(jīng)濟(jì)政策因素

自三線建設(shè)時期開始重慶就是重點建設(shè)地區(qū)，形成了以重工業(yè)為主的重工業(yè)體系。1997年重慶成為直轄市贏得了巨大的發(fā)展機(jī)遇。三峽工程建設(shè)以來，重慶也享受到了巨大的政策優(yōu)惠。保稅港區(qū)、國家三號文件的出臺、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌配套改革實驗區(qū)的設(shè)立、兩江新區(qū)掛牌成立都給重慶市帶來了巨大的政策優(yōu)惠。而這些政策最直接受益的地區(qū)是重點發(fā)展的一小時經(jīng)濟(jì)圈。而兩翼地區(qū)雖有輻射，但作用小。渝東北地區(qū)由于處于三峽庫區(qū)腹地，更是以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為主，發(fā)展經(jīng)濟(jì)受到自然和政策的雙重約束。

（四）文化觀念因素

一小時經(jīng)濟(jì)圈地區(qū)的區(qū)位條件和環(huán)境特征使其具有更多的開放性，人們的思想觀念更新速度較快。自然條件較為優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，對外交往頻繁，市場經(jīng)濟(jì)意識濃厚。兩翼地區(qū)交通不便、信息閉塞。此外，渝東南地區(qū)是少數(shù)民族地區(qū)，文化具有更多的內(nèi)向性，表現(xiàn)為較為封閉、獨立的文化單元體，嚴(yán)重阻礙了人們觀念更新。

四、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展對策分析

（一）優(yōu)化空間發(fā)展格局

總體來看，重慶市的發(fā)展以“一圈”為主導(dǎo)，由“一圈”帶動“兩翼”發(fā)展。在區(qū)域內(nèi)部，“一圈”地區(qū)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，交通便利，以主城九區(qū)為重點發(fā)展區(qū)域，輻射周邊區(qū)縣。渝東北地區(qū)實行“點-軸”開發(fā)模式，以萬州為區(qū)域中心城市，以長江沿線為軸線，帶動豐都、忠縣等地的發(fā)展。渝東南地區(qū)尚處在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的初始階段，城鎮(zhèn)化水平帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較弱，目前應(yīng)重點培育區(qū)域中心城市，形成對周邊地區(qū)有輻射能力的區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長中心，更好地帶動周邊地區(qū)發(fā)展。

（二）構(gòu)建合理的產(chǎn)業(yè)布局

重慶市三個區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件和資源稟賦也有較大差異，產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須因地制宜?！耙蝗Α钡貐^(qū)是發(fā)展的核心區(qū)，應(yīng)大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，提高產(chǎn)業(yè)層次和產(chǎn)業(yè)競爭力，是重慶市建設(shè)長江上游經(jīng)濟(jì)中心的主要力量。渝東北地區(qū)由于地處三峽庫區(qū)，自身受自然生態(tài)環(huán)境制約，應(yīng)積極利用國家對三峽移民的扶持優(yōu)惠政策，發(fā)展特色經(jīng)濟(jì)。渝東南地區(qū)由于特殊的生態(tài)環(huán)境和民族地區(qū)特性，應(yīng)大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和民族特色旅游業(yè)。

（三）對欠發(fā)達(dá)地區(qū)實行適度的政策傾斜

區(qū)域發(fā)展要建立有機(jī)協(xié)調(diào)的綜合政策體系，但由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平的差距而造成的人口、生活質(zhì)量水平、基礎(chǔ)設(shè)施、要素流通等方面存在較大差距，所以在綜合政策體系的基礎(chǔ)上要對欠發(fā)達(dá)地區(qū)實行適度的政策傾斜。首先應(yīng)加強(qiáng)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在交通、城鎮(zhèn)建設(shè)、社會福利、人才引進(jìn)等方面給予大力優(yōu)惠政策，加大對口扶持、財政轉(zhuǎn)移支付力度，鼓勵欠發(fā)達(dá)地區(qū)招商引資，在改善硬環(huán)境的同時注意軟環(huán)境的建設(shè)，縮小區(qū)域發(fā)展差距，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1]王朝彬,張安明,王力,等.重慶市縣域經(jīng)濟(jì)差異及協(xié)調(diào)發(fā)展[J].國土與自然資源研究,2006(3).

[2]彭麗,秦越,蘇維詞.重慶市縣域綜合發(fā)展水平差異的時空特征分析[J].世界地理研究,2009(3).

[3]劉明皓,汪紅群.縣域經(jīng)濟(jì)綜合競爭力測評與區(qū)域開發(fā)模式構(gòu)想——以重慶市為例[J].生產(chǎn)力研究.2009(5).

[4]曹學(xué)明,張應(yīng)良.重慶市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的區(qū)域差異分析[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報,2010(2).

[5]重慶市統(tǒng)計局.重慶市統(tǒng)計年鑒（2010）[Z].重慶：重慶統(tǒng)計出版社，2010.

F299

A

1673-1999（2011）08-0060-03

王殿穎 （1985-），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，重慶工商大學(xué) （重慶400067）經(jīng)貿(mào)學(xué)院碩士研究生,；文傳浩（1972-），男，重慶萬州人，重慶工商大學(xué)長江上游經(jīng)濟(jì)研究中心,博士，教授；馬文斌（1974-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，重慶師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,博士，副教授。

2011-02-23

教育部人文社科規(guī)劃項目“基于生態(tài)系統(tǒng)管理理論的烏江中下游縣域生態(tài)產(chǎn)業(yè)理論與實證研究”（項目編號：08JA790141）；國家社科基金項目（項目編號：08XMZ030）；重慶市社科聯(lián)項目“渝東南經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)跨越式發(fā)展研究——以生態(tài)產(chǎn)業(yè)為突破口（項目編號：2009JJ17）”；重慶工商大學(xué)創(chuàng)新型項目（項目編號：yjscxx2010-23）。