运用类比法解决山东交通超长期预测问题

刘春桃[1]  马川生	许云飞
长沙交通学院,湖南,长沙 410076	山东省交通科研所,山东,济南,250031

摘要:阐述了超过30年、即超长期数值预测问题的解决办法----类比法的原理及方法要领。并通过预测2040年和2035年山东省民用车拥有量的实例加以说明。

主题词：预测  超长期预测  类比法

1         超长期预测问题

1.1      问题的提出

随着21世纪的到来，中华民族开始了实现总设计师设定的第三步战略目标的征程，即在2050年前后，赶上世界中等发达国家水平，基本实现现代化。与之适应，交通部提出了超前全国现代化10年，在2040年基本实现交通现代化的宏伟目标。

山东省交通厅于2001年立项《山东省交通现代化评判方法及指标体系的研究》课题，对交通现代化进行全面研究。课题组经过对现代化内涵的认真分析研究，认为山东省作为沿海省份和现有的基础情况，将在2040年左右实现现代化，超前全国实现现代化大约10年。在这样的背景下，山东交通现代化大约于2035实现，超前山东社会经济现代化和全国年交通实现现代化都是5年左右[2]。

要对山东交通现代化状况进行研究，建立评价指标体系，就必须对实现现代化时（2035年）的各目标值进行测算，并以这些值来比较和判定山东交通现代化的进程。比如说：2035年达到现代化时，山东省公路运输货运周转量将有多少？公路运输客运周转量将有多少，运输车辆大约有多少？公路总里程应该有多少？港口吞能力应该有多少？……，等等。这就给山东的交通科研人员提出了一个新的难题，即如何解决超长期（大于30年）预测问题？

1.2      传统预测法无法解决超长期的预测问题

对30年后的多个具体数值进行预测，应该如何进行？用怎样的预测方法才能使山东交通现代化各项目标值合理、准确和科学？

传统的预测方法丰富多样，回归预测、趋势外推、弹性系数、情景分析等等，但都只能对短期和中期的、结构基本保持不变的事物进行预测，即便是远期预测,一般也只能少于30年，对超长期的，结构有变化的事物无法做出置信度高的预测。比如说，趋势外推预测法，只有在历史资料丰富，预测跨度小时置信度才能达到要求；弹性系数预测不仅要求比较的二者之间结构关系基本保持不变，而且预测期的弹性基数值必须已知才有可操作性；灰色预测从本质上讲也是一种趋势外推，难以对超长期的未来进行准确的预测。总之，传统预测方法对超长期的预测问题是无能为力的，我们只能用类比预测法来解决这一难题。

2         类比法

2.1      类比法的概念及其理论依据

设A和B是两个可以类比的对象，类比法就是通过对类比对象B的研究分析，去寻找和发现对象A也将遵循的规律和原则，并运用这种规律和原则去预测对象A未来发展规律的推理方法。

类比法的应用非常广泛。尤其是对大于30年的超长时间跨度的预测，类比法不仅是首选的，甚至是唯一的预测方法。

类比法的理论依据，可以是唯物辩证法中的“螺旋形上升”理论，也可以是空间经济学中的“自相似”学说，不过，比较经典的是“各态历经假说”[3]。“各态历经假说（ergodic hypothtsis）也称各态遍历假说，它描述的是：在一个充分大的空间内，同一区域内不同时间断面上的发展状态（时序谱），有可能从同一时间不同区域断面上的发展状态（空域谱）中获得识别，反之亦然。例如，北京一地，在一年中经历过春夏秋冬四季；这种当地以时间为序的状态也可在北京的任一天中，在全球的不同地区获得春夏秋冬的相似识别。各态历经假说揭示了时空谱系的耦合表征和映射交集，是对时空认识的深化。由此，时序谱的某种缺失，有可能从空域谱中获得补足；而空域谱中的某种缺失，同样亦可从时序谱中获得启迪。在我们关于现代化的研究中，可由此理论去探索发展方向、发展的速度和发展的目标，即中国现代化的未来走向，可以从世界各国当今的空域谱中得到清楚的反映。”

2.2      类比法的应用

2.2.1        选择合适的类比对象

类比法的关键就是寻找合适的类比对象。类比对象空间极其丰富，如何去选择这样一个“对口”的类比对象？这是正确运用类比法至关重要的一步。总的说来，我们应该运用定性定量分析相结合的方法来选择类比对象。

定性分析是指全面分析、详细了解确认两类比事物之间的共同的基质。只有拥有某些共同的基质，才有可能成为类比的对象。当然，共同的基质可以从多方面去考虑，比如说：属性、性质、用途、材料、外形、功能、动力原理等。定性分析是对类比空间进行的一个较粗的分类，而接下来应是用定量的方法对相似事物之间进行准确分类。准确分类以数理统计为基础,借助各种数学模型、数学方法。如聚类、KONE神经网络、主成分分析、相似分析等。

在《山东交通现代化评价方法和评价指标体系的研究》课题研究中，要对2035年山东省实现交通现代化时的目标值进行类比预测，首要的就是选择类比对象，即选择哪些国家的什么时段作为山东省实现现代化时的类比国。决定这个问题又有多种方法，如我们在文献【7】中是通过建立16个指标的评价指标体系和异时评价的结合运用，得出中国和山东的公路建设环境落后于美国34年，落后于日本24年和落后于韩国14年的结论的。在本课题研究中，我们依据文献【2】《中国现代化报告2001》中的“中国要在2050年赶上世界中等发达水平，也必须在2050年超过1998年世界发达国家的发展水平”这一意义非凡的论段，决定选择美国、德国、日本、英国、法国、意大利、加拿大等七个发达国家1997年前后的社会经济、交通运输状态作为山东的类比状态。

2.2.2        选择主要的类比因素

类比因素就是与类比对象所要求的具体指标值有关联关系的一些因素。它是关联因素的集合。但有些因素所占的影响权重并不大，所以，我们没有必要也不可能对所有的类比因素进行分析，而是提炼出对指标值有重大影响、起主导作用的主要类比因素。主要的类比因素可通过询问专家、经验决策、主成份分析、逐步回归等方法定性定量分析相结合得到。在本课题里，我们主要运用经验决策、偏离度等来确定主要的类比因素。比如说：在求山东交通实现现代化时民用车拥有量的预测中，我们先分析认定对民用车拥有量的影响因素有人口、GDP、国土面积、公路总里程、第一产业值、第二产业值、货运周转量、客运周转量等等因素，再通过专家经验决策和偏离度分析确定影响民用车拥有量的主要因素为人口、GDP、国土面积、公路总里程等四项。

2.2.3        选择恰当的类比方法

在确定好类比对象、类比因素之后，就需要选择恰当的类比方法。类比法也有好多种，长沙交通学院马川生教授所创的“可测度类比”法为我们首选。

“可测度类比法”的通俗表征是：虽然我们找不到一个和中国或山东完全一样的类比对象，但总可以在一些可以类比的类比对象（如美、英、法、德等发达国家）中找到和中国或山东相似的地方；若能找到一些系数，使它们和各类比对象类比因素相乘的累加和与中国或山东的相应因数的差异达到最小，则有理由认为和这些因素有关的类比变量也可通过这些系数变成可测度的了，即中国或山东的某个未知值可近似地认为等于这些系数和各类比对象这个已知值的线性累加和。详细的解释和阐述这里就不赘述了，可参阅文献【8】。

“可测度类比法”的创新之处在于，它通过测度理论用一组可能的先导元素的线性组合，构造出一个线性规划模型，解这个线性规划方程组，我们就可求出一个使类比变量的值误差最小的类比条件，从而得出一个满足类比条件的样板对象，并以此进行类比计算，得出类比对象的值。我们曾用这个方法很好地推算出山东高速公路、二级以上公路和公路总里程的饱和值。不过“可测度类比法”有一个局限条件，就是各类比因素之间必须是线性的。如果是非线性的，必须事先进行线性处理，这就为它的推广应用蒙上了一层阴影，所以本方法还有待进一步完善。

除“可测度类比法”外，还有简单平均法、加权平均法、弹性系数法、数理统计法等，各具特色，各具优、缺点，必须依据实际情况，灵活选用。在我们预测山东省交通实现现代化时的民用车拥有量时，由于类比国家类比因素值偏离度很小，我们就用简单平均法来求这一类比值；若通过分析发现影响山东省民用车拥有量的因素结构和类比国家比较一致，还可用弹性系数法来类比预测。总之，“具体问题具体分析”，认真、仔细地选择恰当的类比方法进行预测，才能使预测结果的误差得到有效控制。

2.2.4        类比结论的检验

我们知道，任何事物之间都具有差异性，同时，也具有同一性，所以，两个相似的事物之间在属性上并没有必然的联系，即运用类比方法得出的结论具有或然性。因为多样性的世界本身不仅具有对称、平衡、守恒的性质，而且还有着某些非对称、非平衡、非守恒的性质，因此，我们在运用类比方法时，决不可以主观臆断，不仅要注意类比方法的使用界限，而且对其结论也一定要经过合理性验证。

验证可通过征求专家的意见、定性分析、情景分析、对比发达国家等等方法进行。比如说：在计算山东省交通实现现代化时民用车拥有量时，我们就是通过计算山东实现现代化时的人均民用车拥有量是否符合实际进行检验的。

3         应用实例：预测2040和2035年山东交通实现现代化时的民用车拥有量

1、确定可以类比的国家和可以类比的时段。

依据前述的理由，选择类比对象为美国、加拿大、英国、法国、德国、日本、意大利7个发达国家，类比时段为1997年的数据。

2、确定类比变量和类比因素。

由于我们要预测的是民用车拥有量，所以类比变量自然是民用车拥有量。与类比变量有关的类比因素为上述发达国家1997年的人口、面积、GDP、公路总里程。

3、分析、发现可以类比的规律。

经过各种试算和分析，我们发现上述各发达国家四个类比因素的几何平均值与其民用车拥有量的比值出现规律。我们可以用这个比值的平均值来类比预测山东省2040年时的民用车拥有量（因为山东2040年时达到2050年世界上中等发达国家的水平，而1998年发达国家的平均水平约等于2050年世界上中等发达国家的水平）。

4、计算2035年山东民用车拥有量。

依据2000年山东民用车拥有量的实际值和预测的2040年山东民用车拥有量的值，可近似地测算出2035年山东交通实现现代化时民用车拥有量。

计算过程和结果见表1所示：

表1：类比法测算山东2035年民用车拥有量计算过程表