基于數(shù)據(jù)挖掘的人口及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與空氣環(huán)境質(zhì)量關(guān)聯(lián)評價(jià)

吳明燦　楊成　徐夢婷　盧春宇

摘要：20世紀(jì)80年代以來，伴隨中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程，環(huán)境污染問題日益突出，已發(fā)展成為可持續(xù)發(fā)展的最大制約因素之一。經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境問題的兩難沖突問題，已經(jīng)引起人們思考。本文將以空氣質(zhì)量作為環(huán)境狀況代表，搜集中國主要城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量，研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和空氣質(zhì)量之間的關(guān)系。從PM2.5（ug/m3），環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)AQI，空氣質(zhì)量等級，人口（萬人），GDP（億元）五個(gè)方面進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，找出它們之間的聯(lián)系，對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)并提出相應(yīng)的改善方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘;空氣質(zhì)量;AQI ;PM2.5

1.引言

自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展持續(xù)了30年，這期間取得了令世界為之矚目的成就，目前中國已經(jīng)成為取代日本的世界第二大經(jīng)濟(jì)體。然而隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的深入推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)增長和人口增長引發(fā)的城市環(huán)境問題，尤其是城市大氣環(huán)境問題，得到各界高度關(guān)注。因此筆者以20個(gè)中國主要城市作為樣本，運(yùn)用weka以及MSBNx貝葉斯網(wǎng)分類工具等軟件，分析研究不同城市，以PM2.5為代表污染物，結(jié)合各地區(qū)人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況進(jìn)行分析評價(jià)，探求之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，為更好地貫徹“可持續(xù)發(fā)展”的方針提供數(shù)據(jù)依據(jù)，利于后續(xù)采取環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)措施。

2.數(shù)據(jù)來源

選取20個(gè)中國主要城市作為樣本，從城市、PM2.5濃度（ug/立方米）、AQI、空氣級別、人口數(shù)（萬人）、GDP（億元）六個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析。

經(jīng)過調(diào)查，并收集數(shù)據(jù)，初步處理調(diào)查結(jié)果。如下表所示

3.數(shù)據(jù)分析

在數(shù)據(jù)處理分析中，運(yùn)用Weka關(guān)聯(lián)規(guī)則平臺、使用Apriori算法等獲取關(guān)聯(lián)信息并進(jìn)行挖掘規(guī)則的分析。通過對上表中的數(shù)據(jù)，剔除不需要的屬性值，建立關(guān)聯(lián)模型（調(diào)參，建立預(yù)測模型），并對實(shí)際調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘。

支持度閾值為25%、置信度閾值為85%

對上表調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘（支持度閾值為20%、置信度閾值為85%），對挖掘的最佳關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行分析

利用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘可知：

1.人口數(shù)量小于6000人與GDP小于8869億元有強(qiáng)關(guān)聯(lián)（lift=1.46>1）;

2.空氣質(zhì)量指數(shù)大于0.8與GDP小于8869億元有強(qiáng)關(guān)聯(lián)（lift=1.46>1）;

由此可見，人口數(shù)量與GDP呈正相關(guān)關(guān)系，人口數(shù)量越多，GDP量越大，即正常情況下，一個(gè)城市的人口規(guī)模發(fā)展地越大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平會越高。城市的空氣質(zhì)量越好（即AQI越?。?jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高。

支持度閾值為10%，置信度閾值為55%

利用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，分析可知：

1.AQI數(shù)值越小，人口數(shù)量小于6000與GDP小于8869億有強(qiáng)關(guān)聯(lián)（lift=2.38>1）

2.PM2.5的濃度越小，AQI數(shù)值越小。

由此可見，PM2.5的濃度與AQI的數(shù)值呈正相關(guān)，即PM2.5濃度越小，AQI的數(shù)值越小，空氣質(zhì)量越好;AQI數(shù)值越小，人口數(shù)量越小，GDP量越小。

支持度和置信度是關(guān)聯(lián)規(guī)則的兩個(gè)重要屬性，支持度確定規(guī)則可以用于給定數(shù)據(jù)集的頻繁程度，而置信度確定Y在包含X的事務(wù)中出現(xiàn)的概率。同時(shí)滿足最小支持度閾值和最小置信度閾值的規(guī)則稱為強(qiáng)規(guī)則，作用度解決了置信度忽略規(guī)則后件中出現(xiàn)的項(xiàng)集的支持度的局限性。根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則分析可粗略找出PM2.5的濃度、AQI、人口數(shù)量、GDP四者的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，利于后續(xù)的深入分析。

4 總結(jié)及建議

利用weka軟件對選取的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行處理和分析，得出的結(jié)論可知：

1.PM2.5的濃度與AQI的值呈正相關(guān)，其濃度越高，AQI值越高，則空氣質(zhì)量越差

2.AQI的值與人口數(shù)量和GDP的值呈正相關(guān)，說明一個(gè)城市人口規(guī)模越大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高，空氣質(zhì)量越差。

要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，人與環(huán)境要進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。具體可參考如下建議：

1）調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少工業(yè)污染源的排放

2）開發(fā)新技術(shù)，提供產(chǎn)品環(huán)保保證

3）加減少大空氣污染環(huán)保意識的宣傳

4）控制人口增長，適當(dāng)采用“計(jì)劃生育”政策，限制人口爆炸增長

本次課題利用Weka軟件對城市人口增長以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和空氣質(zhì)量三者之間的關(guān)系進(jìn)行分析，將理論知識運(yùn)用到實(shí)際問題中，發(fā)現(xiàn)生活中的問題，并根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)手段，有助于社會的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]朱小棟，徐欣.數(shù)據(jù)挖掘原理與商務(wù)應(yīng)用.立信會計(jì)出版社.2013.3.

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[5]世界自然資源保護(hù)大綱1980.

[6]空氣質(zhì)量在線監(jiān)測平臺.https：//www.aqistudy.cn