基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)

□ 鄧 熠

(福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 商務(wù)系，福建 福州 350108)

1 引言

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代物流業(yè)已逐漸從末端行業(yè)上升成為支撐實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性行業(yè)。我國(guó)“十四五”規(guī)劃明確指出，要建設(shè)現(xiàn)代物流體系與現(xiàn)代化都市圈，通過(guò)輻射帶動(dòng)效應(yīng)推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。因此，推動(dòng)核心城市群的現(xiàn)代物流體系建設(shè)具有重要意義。

2021年6月，國(guó)家發(fā)改委復(fù)函同意《福州都市圈發(fā)展規(guī)劃》，其規(guī)劃范圍包括福州、莆田、寧德、南平等市，目標(biāo)為打造海峽西岸核心區(qū)和沿海地區(qū)重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極。福州都市圈臨海近港，地理位置的優(yōu)越性更突顯其發(fā)展物流產(chǎn)業(yè)的重要性，而物流需求的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)則是實(shí)現(xiàn)區(qū)域物流資源供需平衡、區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的關(guān)鍵[1]。本文應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)福州都市圈未來(lái)物流需求進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為福州都市圈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供決策參考依據(jù)，助推福州都市圈物流產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量有序發(fā)展。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back Propagation Neural Network)是一種按照誤差反向傳播的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，由多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括輸入層、輸出層和隱含層，每層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)神經(jīng)元組成。每一個(gè)神經(jīng)元作為信息的處理器和傳感器，對(duì)輸入層傳來(lái)的信息進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算并通過(guò)傳遞函數(shù)將結(jié)果傳遞給其他神經(jīng)元。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)每一次訓(xùn)練的誤差自動(dòng)調(diào)整各神經(jīng)元權(quán)值，從而減小誤差不斷逼近目標(biāo)值，具有一定自我學(xué)習(xí)與調(diào)整的能力，能夠較好地處理預(yù)測(cè)對(duì)象與影響因素之間的復(fù)雜關(guān)系，因此適用于區(qū)域物流需求的預(yù)測(cè)[2]。

3 實(shí)證分析

3.1 預(yù)測(cè)指標(biāo)的選取

區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了區(qū)域物流的需求，同時(shí)區(qū)域物流的需求又推動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，兩者相輔相成、相互促進(jìn)[3]。本文基于福州都市圈現(xiàn)狀，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，分析得出以下五點(diǎn)影響因素作為預(yù)測(cè)指標(biāo)。

①經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶動(dòng)大量的物資流動(dòng)，也必然促進(jìn)區(qū)域物流運(yùn)輸量的相應(yīng)增長(zhǎng)。因此，選取地區(qū)生產(chǎn)總值代表區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平作為預(yù)測(cè)指標(biāo)。

②產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。當(dāng)下社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重心逐漸向第三產(chǎn)業(yè)偏移，這種變化趨勢(shì)帶動(dòng)了物流產(chǎn)業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型，直接影響著區(qū)域物流的需求量[4]。因此，選擇第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)值作為預(yù)測(cè)指標(biāo)。

③消費(fèi)基礎(chǔ)能力。消費(fèi)基礎(chǔ)能力往往與物流運(yùn)輸量成正相關(guān)，居民消費(fèi)能力越強(qiáng)，則采購(gòu)各類商品的頻次、數(shù)量越大，潛在地推動(dòng)了物流的運(yùn)輸活動(dòng)。因此，選擇人均可支配收入作為衡量消費(fèi)基礎(chǔ)能力的指標(biāo)[5]。

④商貿(mào)流通發(fā)展水平。區(qū)域內(nèi)商貿(mào)往來(lái)越頻繁，經(jīng)濟(jì)聯(lián)系越強(qiáng)，商品、半成品的高頻交換催生了社會(huì)物流需求的增長(zhǎng)。消費(fèi)品零售總額能夠較好地體現(xiàn)當(dāng)?shù)厣藤Q(mào)流通情況，故選擇其作為預(yù)測(cè)指標(biāo)。

⑤對(duì)外貿(mào)易水平。福州都市圈作為21世紀(jì)海上絲綢之路的重要支點(diǎn)，在政策環(huán)境、地理位置等方面都具有發(fā)展對(duì)外經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，擁有江陰、羅源灣等專業(yè)化港口群，外貿(mào)物流已成為福州都市圈物流的重要組成部分[6]。因此，選擇進(jìn)出口總額作為預(yù)測(cè)指標(biāo)以體現(xiàn)福州都市圈的外貿(mào)物流水平。

在輸出指標(biāo)方面，物流需求量主要表現(xiàn)為物流環(huán)節(jié)中的實(shí)際作業(yè)量，包括貨運(yùn)量、倉(cāng)儲(chǔ)量等,故選擇福州都市圈全年貨運(yùn)量作為輸出指標(biāo)[7]。

3.2 數(shù)據(jù)收集與整理

本文選取2010-2020年福州、莆田、寧德、南平各市的貨運(yùn)數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，將不同城市的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與整理后得到福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)來(lái)源：福州、莆田、寧德、南平統(tǒng)計(jì)年鑒(2010-2021)

其中，X1表示地區(qū)生產(chǎn)總值(億元)，X2表示第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(億元)，X3表示第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(億元)，X4表示第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(億元)，X5表示人均可支配收入(元)，X6表示消費(fèi)品零售總額(億元)，X7表示進(jìn)出口總額(億美元)，Y表示貨運(yùn)量(萬(wàn)噸)。

3.3 模型構(gòu)建與分析

3.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的確認(rèn)

根據(jù)上述對(duì)福州都市圈物流需求影響因素的分析，本文將地區(qū)生產(chǎn)總值、人均可支配收入、消費(fèi)品零售總額等7個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)，貨運(yùn)總量則作為輸出節(jié)點(diǎn)，即輸入層神經(jīng)元數(shù)量為7，輸出層神經(jīng)元數(shù)量為1。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式與反復(fù)訓(xùn)練，最終確定當(dāng)隱含層神經(jīng)元數(shù)量為5時(shí)，預(yù)測(cè)效果最佳。

除神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外，其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)定也會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。根據(jù)參數(shù)設(shè)定原則與誤差比較，最終確定傳遞函數(shù)為tansig與purelin，訓(xùn)練函數(shù)為trainlm，學(xué)習(xí)效率為0.1，誤差精度為1e-5，最大迭代次數(shù)為1000。

3.3.2 模型檢驗(yàn)與誤差分析

本文使用matlab軟件進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，以2010-2018年數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，并打亂樣本順序以增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的擬合能力，最后使用訓(xùn)練過(guò)的模型對(duì)2010-2020年福州都市圈貨運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

將2010-2020年福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab軟件進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，在經(jīng)過(guò)10次迭代后均方誤差逐漸收斂達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果

將模型預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)數(shù)據(jù)相比較，如表2所示。由于輸入樣本數(shù)量較少，導(dǎo)致所構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型存在一定不足，故2011年與2013年的預(yù)測(cè)結(jié)果誤差稍大，同時(shí)受新冠疫情的影響，2020年的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值存在較大差距。但總體來(lái)看，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)的平均相對(duì)誤差為2.11%，預(yù)測(cè)模型精度良好。

表2 模型預(yù)測(cè)結(jié)果

3.4 福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)

由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法是以本期的輸入指標(biāo)預(yù)測(cè)本期的輸出指標(biāo)，因此在預(yù)測(cè)福州都市圈未來(lái)物流需求量時(shí)需要輸入該年的影響因素指標(biāo)。本文根據(jù)2010-2020年福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，應(yīng)用VAR模型對(duì)2021-2025年各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表3所示。

表3 2021-2025年各影響因素指標(biāo)數(shù)據(jù)

將表3中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，其輸出值即為2021-2025年福州都市圈的物流需求預(yù)測(cè)量，結(jié)果如表4所示。

表4 2021-2025年福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)量(萬(wàn)噸)

4 結(jié)論

本文收集2010-2020年福州都市圈主要城市的貨運(yùn)相關(guān)數(shù)據(jù)，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立福州都市圈物流需求預(yù)測(cè)模型，對(duì)2021-2025年福州都市圈的物流需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出未來(lái)5年福州都市圈物流需求量呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)。根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)指標(biāo)分析，結(jié)合福州都市圈發(fā)展規(guī)劃，整理出以下幾點(diǎn)建議：

①構(gòu)建區(qū)域協(xié)同發(fā)展新格局。未來(lái)5年福州都市圈物流產(chǎn)業(yè)呈平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢(shì)，但仍存在都市圈內(nèi)各城市物流發(fā)展不均衡的現(xiàn)象。城市間物流活動(dòng)應(yīng)合作互補(bǔ)、以強(qiáng)帶弱，以福州為中心輻射帶動(dòng)其他城市，實(shí)現(xiàn)區(qū)域物流資源共享與流通。

②加強(qiáng)物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。物流基礎(chǔ)設(shè)施是區(qū)域物流發(fā)展的基本要素，應(yīng)進(jìn)一步完善都市圈高速公路、橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造功能互補(bǔ)的物流節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)區(qū)域物流通道互聯(lián)互通。

③推動(dòng)現(xiàn)代物流技術(shù)創(chuàng)新。科技創(chuàng)新水平已逐漸成為行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵，智慧物流將作為物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向引領(lǐng)新一輪產(chǎn)業(yè)變革，應(yīng)大力支持5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，助推現(xiàn)代物流與數(shù)字都市圈的融合互通與協(xié)同發(fā)展。