主成分分析在碳排放的應(yīng)用

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摘要：近年來我國的碳排放量逐年增加，導(dǎo)致碳排放量增加如此迅速的原因究竟是什么呢，本文利用主成分分析對(duì)影響碳排放量的變量進(jìn)行了研究，最終得出社會(huì)經(jīng)濟(jì)，基礎(chǔ)設(shè)施，人們的出行方式以及當(dāng)?shù)氐目萍及l(fā)展情況是影響碳排放的主要因素。因此我們要根據(jù)相關(guān)因素來制定相應(yīng)的方法，減少碳排放，保護(hù)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：主成分分析；碳排放；影響因素

一、主成分分析的概念

在我們的實(shí)際生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到研究多個(gè)變量的問題，而這多個(gè)變量之間勢必會(huì)有相關(guān)性，這在我們研究時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)弊端，因?yàn)橄嚓P(guān)性多了，問題的復(fù)雜度也會(huì)增加。而主成分分析就可以很好地解決這個(gè)問題，主成分分析簡單地說就是將一組線性相關(guān)的變量經(jīng)過重新組合成一組線性無關(guān)的變量。

二、主成分分析的基本思想及優(yōu)缺點(diǎn)

（一）基本思想

主成分分析最核心的思想就是降維，減少原有的信息，是通過正交轉(zhuǎn)換的方法將原來的眾多指標(biāo)減少的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。而這些重新得到的指標(biāo)就是主成分，這些主成分要盡可能多的保留原始變量的信息，并且他們之間沒有相關(guān)性。通過這些主成分我們可以知道影響問題的主要因素是什么。選取主成分時(shí)要注意一個(gè)問題，那就是并不是有多少選多少，因?yàn)橛行┲笜?biāo)對(duì)于問題的研究并沒有多大的影響，如果我們將這些指標(biāo)選取，那便達(dá)不到主成分分析的目的了。主成分主要根據(jù)貢獻(xiàn)率和特征值來選取，我們選貢獻(xiàn)率大的前幾個(gè)主成分，一般在80%以上，特征值一般在1以上，不過還是要根據(jù)具體情況具體分析。例如第一個(gè)成分的特征值為4.11，累積貢獻(xiàn)率為58.7%，第二個(gè)成分的特征值為1.24，累積貢獻(xiàn)率為76.5%，第三個(gè)成分的特征值為0.72，累積貢獻(xiàn)率為86.9%，這時(shí)第三個(gè)成分的特征值雖然小于1，但是如果只選取前兩個(gè)為主成分的話，前兩個(gè)指標(biāo)反映的影響因素不夠全面，因?yàn)榍皟蓚€(gè)指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率太低，當(dāng)選上第三個(gè)時(shí)，累積貢獻(xiàn)率便變高了，最終得到的結(jié)果更加真實(shí)可靠。

（二）優(yōu)缺點(diǎn)

無論何種方法都會(huì)有優(yōu)缺點(diǎn)，主成分分析也不例外，先從優(yōu)點(diǎn)方面說，主成分分析在通過重新組合得到的指標(biāo)之間沒有相關(guān)性，這樣可以排除指標(biāo)間的相關(guān)性而影響結(jié)果。由此可以使我們減少指標(biāo)選擇的工作量，當(dāng)我們選擇變量時(shí)，我們要考慮變量之間的相關(guān)性，以免相關(guān)性影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以選擇指標(biāo)時(shí)的工作量也會(huì)變大，而主成分分析可以消除這種相關(guān)性，所以選擇指標(biāo)的工作量變少了。雖然選擇的指標(biāo)減少了，但是并不影響信息的完整性，因?yàn)橹鞒煞挚梢酝ㄟ^少量指標(biāo)來反映整體的情況，選取的少量指標(biāo)稱之為為主成分，這些主成分盡可能地保留了原有地信息，這便是主成分分析的另一優(yōu)點(diǎn)。在函數(shù)的綜合評(píng)價(jià)中，主成分的權(quán)數(shù)為貢獻(xiàn)率，這些貢獻(xiàn)率反映的是主成分中原有信息在全部信息中的比率，所以這個(gè)權(quán)重相對(duì)來說更加真實(shí)可靠，這就避免了權(quán)數(shù)出現(xiàn)的一些缺陷。最后從計(jì)算方面來說，主成分計(jì)算方便，可以在電腦上通過某些軟件實(shí)現(xiàn)。主成分的缺點(diǎn)可以從四個(gè)方面來概述，首先是貢獻(xiàn)率及特征值方面，在選取主成分時(shí)必須保證貢獻(xiàn)率及特征值在一定水平上，否則選取的主成分沒辦法包含大部分的原始信息。第二從實(shí)際意義方面來說，選取的主成分必須要有一定的實(shí)際意義，不然達(dá)不到主成分分析的目的。第三是對(duì)主成分的解釋，解釋主成分的組成及其意義時(shí)都比較模糊籠統(tǒng)，沒辦法像原始信息那樣解釋得清楚。最后一點(diǎn)從主成分中的因子載荷來說，當(dāng)主成分中的因子載荷符號(hào)有正有負(fù)時(shí)，函數(shù)的綜合評(píng)價(jià)意義就不明確了。

三、主成分分析在碳排放中的應(yīng)用

（一）碳排放的現(xiàn)狀

近年來，溫室效應(yīng)已成為全球廣泛關(guān)注的問題，而全球變暖的主要來源是19世紀(jì)的工業(yè)革命，人類生產(chǎn)活動(dòng)所排放的二氧化碳已經(jīng)使得大自然不堪重負(fù)，致使全球氣溫不斷上升。1978年-1996年我國的碳排放處于迅速增加的階段，1996年-2000年為平穩(wěn)階段，2000年-2012年為急速增加階段。由此看出，我國的碳排放愈演愈烈，到了2014年，我國人均二氧化碳的排放量高達(dá)7.54萬噸，而同年全球的人均二氧化碳排放量僅有4.97萬噸，我國的人均碳排放量竟然是全球的1.5倍，這個(gè)數(shù)據(jù)真的是令人嘆為觀止。而到了2018年，碳排放量的情況繼續(xù)創(chuàng)新高，比起2017年，2018年的全球碳排放量增長了1.7%，而中國增長了2.5%，所以解決碳排放量的問題不僅對(duì)于我國，甚至是全球都是一件刻不容緩的事情。

（二）影響碳排放的因素

影響碳排放的因素有很多，若把這些所有的變量都進(jìn)行研究，既費(fèi)時(shí)最終得到的結(jié)果也并不一定正確，因?yàn)橄嚓P(guān)變量過多時(shí)，變量之間的相關(guān)性也會(huì)影響結(jié)果，此時(shí)就需要利用主成分分析對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行降維而得到影響碳排放的主要影響因素。通過主成分分析可以得到，社會(huì)經(jīng)濟(jì)，基礎(chǔ)設(shè)施，人們的出行方式以及當(dāng)?shù)氐目萍及l(fā)展情況都是影響碳排放的主要因素。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面來說，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的越好，相對(duì)的能源使用也會(huì)大大增加，最終導(dǎo)致碳排放量也相應(yīng)地增加?；A(chǔ)設(shè)施主要指標(biāo)是交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，這與人們的出行方式導(dǎo)致碳排量增加有著異曲同工之處?？萍及l(fā)展情況顯而易見是影響碳排放的一個(gè)重要因素，因?yàn)樵诎l(fā)展科技的同時(shí)必定會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，這其中就有碳排放對(duì)空氣造成的污染。這四方面是所有地區(qū)影響碳排放的共同因素。而基于地區(qū)來說，不同地區(qū)的碳排放量肯定是不同的，在工業(yè)經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，會(huì)排放出更多的二氧化碳。東部的沿海地區(qū)就是典型的代表，在東部沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的比其他地區(qū)早，因此經(jīng)濟(jì)相對(duì)來說也更好一些，人們的生活水平也更高一些，例如空調(diào)，私家車等設(shè)施都會(huì)使得碳排放量提高。但是優(yōu)越的生活條件使得東部的人們的素質(zhì)也得以提升，人們懂得在享受生活的同時(shí)保護(hù)環(huán)境。而在經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的中西部，理論上來說碳排放量應(yīng)該比東部少，但實(shí)際并不是這樣，因?yàn)橹形鞑刻N(yùn)涵大量資源，采掘業(yè)，重工業(yè)都聚集在這里，這使得二氧化碳的排放量也是大量的增加，而且這兒的人的環(huán)保意識(shí)并不強(qiáng)烈，他們的主要目的是將經(jīng)濟(jì)發(fā)展起來，這就更加導(dǎo)致碳排量的增加。所以根據(jù)碳排放量，可以將我國分為東部，中部和西部。

四、針對(duì)碳排放量提出的建議

中國所有人都在為我們的中國夢而努力，但是犧牲環(huán)境為代價(jià)的中國夢并不是我們想看到的，我們不能再走“先發(fā)展，后治理”的老路了，這也會(huì)讓我們的環(huán)境承受更多本不應(yīng)該承受的后果，我們要堅(jiān)持“發(fā)展治理”兩不誤的原則，而這就需要我們?nèi)鐣?huì)的共同努力。（1）對(duì)政府來說，政府需要加大對(duì)環(huán)境的管理，出臺(tái)相關(guān)的法律法規(guī)。研究碳排放，經(jīng)濟(jì)增長以及能源消耗三者之間的關(guān)系，以此制定一套相關(guān)的方案來平衡好這三者的關(guān)系，將經(jīng)濟(jì)發(fā)展最大化，碳排放以及能源消耗最小化，同時(shí)政府可以組織一支團(tuán)隊(duì)開發(fā)新能源來代替會(huì)產(chǎn)生二氧化碳的能源，例如太陽能。政府還可以對(duì)碳排放量嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行綠化，多種植一些可以吸收二氧化碳的植物。（2）對(duì)企業(yè)來說，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)要考慮環(huán)境，盡量減少重工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在排放二氧化碳的同時(shí)要想辦法解決環(huán)境污染的問題?？梢詫で笮庐a(chǎn)業(yè)，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)能夠發(fā)展經(jīng)濟(jì)。制定減少碳排放的制度，對(duì)于不執(zhí)行制度的員工予以一定的處罰。（3）對(duì)個(gè)人來說，改變出行方式，盡量以公交、地鐵出行，若有急事需要處理時(shí)，可以選擇新能源汽車出行，一些路程近的還可以使用自行車，不僅保護(hù)環(huán)境還鍛煉身體。當(dāng)氣溫沒有很高或者很低時(shí)，盡量不要使用空調(diào)，經(jīng)常待在空調(diào)房里，因空氣不流通，也會(huì)損害人的身體。家里的電燈選擇節(jié)能燈，不使用一次性筷子，合理消費(fèi)等等。在三大產(chǎn)業(yè)中，第二產(chǎn)業(yè)造成了主要的碳排放量，因此我們要大力發(fā)展第一和第三產(chǎn)業(yè)，適度發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，同時(shí)對(duì)城市進(jìn)行科學(xué)合理地規(guī)劃，將綠色規(guī)劃實(shí)施在產(chǎn)業(yè)以及城市中。

五、結(jié)語

解決碳排放問題已迫在眉睫，我們應(yīng)當(dāng)盡自己所能減少碳排放。本文對(duì)碳排放的影響因素做了一個(gè)初步的分析，我們可以從影響因素方面入手，做自己力所能及的事情來減少二氧化碳的排放量，以身作則帶動(dòng)周圍的人和我們共同努力。

參考文獻(xiàn)

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作者：胡航英 單位：浙江萬里學(xué)院