基于主成分分析法和层次分析法的大熊猫生存因子研究

基于主成分分析法和层次分析法的大熊猫生存因子研究

有许多因素影响了大型项目的栖息地。为了确定影响大型项目栖息地的因素，有许多方法，如模糊理论、灰色理论、层次分析等。笔者结合成都某国家级自然保护区的环境和特殊性,运用主成分分析法和层次分析法相结合的办法确定影响大熊猫生存环境的因子,旨在为自然保护区的建设和物种的保护提供新的思路和新的方法。1研究方法的总结1.1线性合成评价主成分分析法主要是运用降维的思想,以较少的主成分综合代替原来较多的评价指标,使这些主成分尽可能地反映原来指标的信息,而且彼此之间互不相干,将多个要素转化为少数综合指标的多元统计分析的方法,能够有效地将高维问题低维化。利用主成分分析法进行评价,包括了2个层次的线性合成:第一层次将原始指标通过适当的线性组合而成主成分,按累计方差贡献率不低于某个值(通常取0.85)的原则确定前几个主成分;第二层次是各主成分以各自的方差贡献率为权重,通过线性加权求和得到各方案的评价值[8,9,10,11,12,13,14,15,16]。1.2“多目标、多准则”的决策分析方法层次分析法又称AHP(AnalyticHierarchyProcess)方法,是美国运筹学家于20世纪70年代提出的一种多目标、多准则的决策分析方法。层次分折法是系统分析的工具之一,其将决策者的经验判断,在对目标(因素)结构复杂且缺乏必要数据的情况下加以量化,通过将复杂问题分解成按支配关系分组而形成的有序递阶层次结构,对其中的不同因素,由人们通过两两比较的方式,确定层次结构中各因素的相对重要性,然后综合比较判断的结果,以确定各个因素相对重要性的总顺序。2环境保护因素评价模型的构建2.1对自然环境的影响按照上文介绍的原理,首先对所要研究区域影响大熊猫生存环境的因子进行标准化,该处需要注意的就是这种标准化不是一般的处理,必须考虑大熊猫的生活习性及该自然保护区的特殊性,在处理过程中文章充分考虑了以下因素:大熊猫最适宜生存的海拔在1400~3600m;最适宜生存的坡度在20°以下;最喜欢食冷箭竹、拐棍竹和白夹竹等;最适宜生活在次森林,其次人工林、原始森林;最适宜大熊猫栖息的乔木郁闭度在50%~75%,灌木盖度在50%~75%,竹子盖度为50%~75%,水源离其栖息的场所应该在100m以内。将相关的环境因子标准化以后,运用MATLAB软件进行编程处理,计算样本指标均值矩阵m,计算协方差矩阵C,并求其特征值和特征向量,最后求出影响大熊猫生存环境因子的贡献率、累计贡献率以及主成分的个数,算出其贡献率(表1)。由表1可知,前8个环境因子的累计贡献率超过了85%,为87.52%,可以得到影响该自然保护区大熊猫生存环境的环境因子的主成分为8。2.2确定环境因子的方法虽然得到影响该自然保护区大熊猫生存环境的环境因子的主成分为8,但是没有办法确定究竟是哪8个环境因子,因此必须借助层次分析法。各因素的权重分配采用了德尔菲法与层次分析法结合来确定,即聘请一批专家来打分,然后将专家的意见统计集中,作为确定权重的依据。2.2.1个指标比较发放调查表,不要求专家直接确定权重具体值,而只要确定两两指标间的相对重要性即可,相对重要的程度利用自然数1,2,3,…,9及倒数1/2,1/3,…,1/9表示;当标度值为1时,表示2个指标相比具有同样的重要性;当标度值为3时,表示2个指标相比,前者比后者稍显重要;当标度值为5时,表示2个指标相比,前者比后者明显重要;当标度值为7时,表示2个指标相比,前者比后者强烈重要;当标度值为9时,表示2个指标相比,前者比后者极端重要。如某专家判断开发效益与波及效益指标比较,前者比后者稍微重要,则确定标度值为3。倒数1/2,1/3,…,1/9则表示相反结果,2,4,6,8,则表示2个指标相比,在上述两相邻等级之间。如此将定性思维判断的结果数量化,一般的专家是比较容易实现的。笔者在具体构造需调查的环境因子时,先将需要调查的环境因子分成地理要素、地形要素、植被要素、食物要素4个大类,而后再将需要监测的环境因子归到前面的4个大类中并对相应的环境因子编号(表2)。在运用专家打分时,先通过专家评价地理要素、地形要素、植被要素、食物要素的重要性。然后专家再评价相应大类中各环境因子的重要性。同时,因为自然保护区人为干扰为零星的挖药,这种干扰随着保护区的设立和巡逻的加强已经基本杜绝,在大熊猫生存环境因子的评价中人为干扰就没有考虑。2.2.2环境因子对总目标的权重和排序利用计算机Matlab语言和及其工具包,对层次分析法的计算过程进行编程运算,得到环境因子对总目标的权重和排序(表3)。总排序一致性检验结果为0.0234<0.1,满足要求。3对保护区环境的分析模型的初步筛选笔者从大熊猫生活痕迹出发,围绕着如何预测适合大熊猫生存的环境展开一系列探讨和研究,并建立模型。在评价模型方法的基础上,运用层次分析法和主成分分析法相结合的办法确定了影响大熊