煤炭产业动态投入产出多目标优化模型讲解

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1、第 6 卷第 3 期辽宁工程技术大学学报(社会科学版V ol.6,N o.32004 年 5 月Journal of Liaoning T echnical University (S ocial Science EditionMay ,2004煤炭产业动态投入产出多目标优化模型王 峰 1, 吕渭济 1, 杨德武 2(1.辽宁工程技术大学工商管理学院,辽宁 阜新 123000;2.中国银行业监督管理委员会阜新分局监管二科,辽宁 阜新 123000摘要:文章以煤炭产业的适度发展为出发点,在考虑中国经济发展速度与综合经 济平衡的前提下,基于动态投入产出分析技术以及多目标规划理论建立了煤炭产业 多目

2、标动态投入产出优化模型。并根据各产业煤炭消耗变化规律提出了应用马尔科 夫概型修订直接消耗系数的方法,同时应用计量经济学方法对中国未来十年的煤炭 消耗量作出了预测,为准确求解该模型提供了依据。关键词:煤炭产业;多目标模型;动态投入产出中图分类号:F 270 文献标识码:A文章编号:1008-391X (200403-0253-03Multi 2object optimization models of coal industry dynamic input 2outputCUI Wei 1,LU Wei -ji 1,Y ANG De -wu 2(1.C ollege of Business Ad

3、ministration ,Liaoning T echnical University ,Fuxin 123000,China ;2.The Second Supervision O ffice ,Fuxin Section of China Banking Regulatory C ommission ,Fuxin 123000,ChinaAbstract :In view of appropriate development of the coal industry on the premise of considering economic development speed of o

4、ur country and com prehensive economic equilibrium ,based on the multi 2object dynamic input 2output opti 2mization m odels and multi 2object optimization m odel ,the thesis sets up the coal industry multi 2object dynamic input 2output optimization m odel and raise the method of Markov probability m

5、 odel to revise direct consum ption coefficient re 2flecting coal consum ption variation of different industries ,and use the econometrics method to make a prediction of the coal consum ption of the following ten years of our country ,offering basis for s olving this m odel accurately.K ey w ords :c

6、oal industry ;multi 2object m odels ;dynamic input 2output收稿日期:2003-07-15作者简介:王 峰（1978-,男,河南新野人,辽宁工程技术大学工商管理学院硕士研究生,主要从事信息管理与信息系统研究。煤炭产业是中国重要的基础产业,煤炭在中国的能源消费结构中一直占有 60%以上的份额,煤炭行业的健康发展对保持中国国民经济的快速发展以及保证中 国的能源安全都具有举足轻重的地位。但是,纵观近十几年中国煤炭产业的整体运 行状况,由于对煤炭的需求缺乏科学、准确的预测,致使煤炭产业的发展一直在煤炭过剩 和煤炭紧缺之间徘徊,造成中国的煤炭产业发

7、展不能与中国的经济发展协调起来,在 影响了国民经济健康发展的同时也浪费了资源。针对这一问题,本文以煤炭产业为 研究目标,在国民经济综合平衡的基础上,结合煤炭产业特点,强调节约能源与技术进步等因素对煤炭产业和国民经济的影响,应用多目标动 态投入产出优化模型对煤炭产业发展做出规划,探讨在国民经济综合平衡、各产业 协调发展的前提下,单一产业的最优发展问题。1 煤炭产业多目标动态投入产出优 化模型多目标动态投入产出优化模型是把一组社会经济发展目标作为目标函数,把社会经济运行的环境作为约束条件,其中主要的约束条件为动态投入产出约束。多目标动态投入产 出优化模型可以在一个优化模型中根据重要程度体现多个目标

8、要求,同时约束条件 的要求没有线性规划严格,易于求解。在煤炭产业的多目标规划模型中,目标函数体现国民经济协调发展、节约资源等要求;约束条件主要为投入产出、发展速度 以及资源约束;通过修正直接消耗系数矩阵来体现节约资源、技术进步的影响。(1 目标函数 煤炭产业的发展应尽可能与国民经济发展相适应,煤炭产业的产量不是越多越好,煤炭价格同样也不是越高越 好,煤炭产业的发展应该一方面保证国家的能源安全,另一方面应该与国民经济其它 产业的发展相适应。因此,确定了各产业尽可能达到综合平衡、规划期内国内生产 总值最大和非煤产业生产总值最大作为目标函数来体现这一要求。各产业应尽可 能达到综合平衡min STt

9、=1Sni =in-i (t +n+i (t其中n-i (t和n+i (t分别代表第t年i部门动态投入产出平衡方程的负、正偏差 变量。规划期内国内生产总值最大max STt =1Sn t =1x i (t -Sn i =1j =1a ij (t x i (t x i (t 为第 t 年第 i 部门产出 ,a ij (t 为第 t 年的直接消耗系数。非煤产业生产总值最大max Qnt =1x i (t -ni =1j =1a ij (t x i (t-(x k -nj =1a kj (t x kk 为煤炭产业所在投入产出表中的行数(2 约束条件动态投入产出平衡约束:X (t =A (t X (t

10、 +B (t (x (t +1-X (t+y c (t +n-(t +n+(t ,t =0,1,2, A ,t式中:n-(t ,n+(t分别表示第t年的正负偏差向量。在动态投入产出平衡约束中引入正负偏差变量,因而使得动态投入产出方程具有了一定的弹性,更符合经济发展的实际情况,并且容易得到稳定的解;在规划期T 1,T 2,G DP 平均增长速度应尽量达到预期目标。期望平均增长速度为 r ,则这一约束可表示为:min|f (T 1-1(1+r T 2-T 1+1-f (T 21,1T 1T 2T其中 f (t =n t =1x i (t -Zni =1j =1a ij (t x i (t规划期内某

11、时间段G DP平均增长速度应尽可能达到预期目标，煤 炭工业应保持一定的发展速度,反映在投入产出平衡中,应形成对煤炭产业的速度约 束。作为一项资源性产品，煤炭的消费量应适应经济的发展，所以建立以下约束:y i (t +l-(1+6i y i (t EO,(i =1,2, A,n ;t =1,2, A,t其中,y i (t表示第i部门的总消费(消费+调出+出口,6i表示第i部门第t +1年的消费增长率，即G DP的增长率与消费弹性的 乘积。资源约束。煤炭产业的资源约束与其它产业的资源约束有所区别，其它产 业的资源约束往往是产出资源的消耗向量,如水、电、煤、劳动力等资源,而煤炭产 业的资源约束却是主

12、要由可开采储量和地质资源拥有量,由于中国煤炭储量丰富,这 里将不对煤炭产业的资源条件提出约束。非负约束2 煤炭产业动态投入产出模型的参数修订（1 投资系数阵的表示 动态投入产 出模型是通过投资系数阵（也叫资本系数阵引入时间变化的动态概念,从而把投资需求同 经济发展的现在和将来联系起来,使得模型更符合实际经济运行状态。离散型动态投入产出模型的 基本形式为X (t =A (t X (t +B (t X (t +1-X (t +Y (t式中:X (t =(x l(t ,x 2(t , A,x n (t T 为第t年各部门的产出向量。Y (t =y l(t ,y 2(t ,A,y n (t T为 t

13、年的最终需求向量。B (t = b i ,j (tn xn称为投资系数阵,b i ,j （t代表第t年第j部门单位增产所需要的第i部门的投资额。投资系数:b ij =As ijAx j,As ij =As i a ij其中,As ij表示第i部门用于第j部门的投资,Ax j表示第j部门的产出增长,As i表示第I部门的投资额，a ij 为直接消耗系数。(2 直接消耗系数矩阵的修正 现在，对直接消耗系数矩阵的修订一般采用改进 的RAS法，但是，改进RAS法需要比较大的数据样本，以现有的数据无法达到良好的 修正效果。考虑到尽管历史数据在直接消耗系数矩阵的修正中具有一定的参考价值，但是技术进步、经济

14、结构的调整速度等因素对直接消耗系数矩阵有更重要 的影响，因此提出应用马尔科夫概型分析来修正模型中的直接消耗系数矩阵。马尔 科夫概型分析是以时间序列的内部结构为出发点，应用多元时间序列分析和马尔科 夫过程的理论从实测时间序列中抽象出随机过程的概率规律。主要是用来解决许多与动态系统有关的问题。马尔科夫概型分析的核心是 状态转移矩阵，直接消452辽宁工程技术大学学报(社会科学版第6卷耗系数矩阵在列向量上具有同转移概率矩阵相同的性质，即:a 订+a i2+A+a in=1 a ijEO i,j=1,2, An所以，可以应用马尔可夫概型来修正直接消耗系数矩阵来反映煤炭产业的技术 进步、经济结构的调整速度

15、对直接消耗系数矩阵的影响。应用马尔可夫概型修正消 耗矩阵的步骤为:将待修正的直接消耗系数矩阵转置得到其转置矩阵，即初始概率。 之后可以根据统计规律、技术进步、经济结构等要求得出转移矩阵，将得到的初始概率及转移概率的乘积得到不同阶段的绝对概率,转置之后即得到修正后的直接消 耗系数矩阵,从而达到修正直接消耗系数矩阵的目的。3 煤炭消费弹性系数预测煤炭消费弹性系数是指煤炭消费增长速度与国内生产总值增长速度的比值,它 表示经济发展对煤炭需求的依赖程度,是煤炭需求预测的重要参数。煤炭消费弹性 系数乘以预期经济发展速度,就得到了国民经济发展对煤炭需求的最低约束。在煤 炭产业多目标动态投入产出模型的求解过程

16、中,合理确定煤炭产业的最小消费约束 是能够得到准确最优解的关键,应用以下方法进行煤炭消费弹性系数预测。弹性系数法预测模型按煤炭消费弹性系数（a预测某年度的煤炭需求量模型为：D n=axG DP tG DP0-1+lxDO其中:G DPO、D0分别表示基期的国内生产总值和煤炭消费总量;G DP t为第t 年的国内生产总值。这里G DP仍将采用指数来代替。应用神经网络时间序列对煤炭消费弹性系数进行预测，采用三层BP神经网络, 以前三年的数据为输入,第四年数据为输出,进行滚动的训练,采用 19852001年中国煤炭消费数据为训练样本,对1988年2002年区间进行 模拟仿真,其结果如图所示:图 1

17、煤炭消费弹性拟合图Fig.1The fit of coal consumption elasticity4结论本文以煤炭产业的适度发展为出发点,在充分考虑了国民经济各部门的协调发 展、国民经济的发展速度、资源的最小使用量等因素的前提下,设计了目标体系和 约束条件,建立了煤炭产业多目标动态投入产出优化模型。针对模型提出了模型中 的参数修订以及外生变量的确定方法。本模型不仅可以应用于煤炭领域,对其它资 源性产业的发展规划的确定也具有借鉴意义。参考文献:1W .列昂惕夫（Lontief.投入产出经济学M.北京:中国统计出版社,1990.陈锡康.当代中国投入产出理论与实践M.北京:中国国际出版社 ,1988.陈锡康.中国城乡经济投入占用产出分析M.北京:科学出版社,1992.4赵新良，方晓林.动态投入产出M.沈阳:辽宁人民出版社,1988.唐小我经济预测与决策新方法及其应用研究M.北京:电子科技大学出版社，1997.王海建直接消耗系数变动的比较分析J.统计研究，1999，（2:17-20.7范 金，沈 洁，包振强，周忠民.生态经济投入占用产出的多目标优化模型及求解J.系统工程理论与实践,2001,（5:75-81.责任编校:鲍卫敏552第3期王 峰等:煤炭产业动态投入产出多目标优 化模型