灰色系統(tǒng)理論在干旱預(yù)測(cè)中的實(shí)際運(yùn)用

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1、專業(yè):姓名:學(xué)號(hào):13數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)張勇杰1306131032灰色系統(tǒng)理論在干旱預(yù)測(cè)中的實(shí)際運(yùn)用引言灰色系統(tǒng)理論是由1982年，中國(guó)學(xué)者鄧聚龍教授創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論，是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問(wèn)題的新方法?；疑到y(tǒng)理論以“部分信息己知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研宄對(duì)象，主要通過(guò)對(duì)“部分”己知信息的生成、開發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)控。社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)、生物等許多系統(tǒng)，是按照研究對(duì)象所屬的領(lǐng)域和范圍命名的，而灰色系統(tǒng)確是按顏色命名的。在控制論中，人們常用顏色的深淺形

2、容信總的明確程度，如艾什比(Ashby)將內(nèi)部信息未知的對(duì)象稱為黑箱(BlackBox),這種稱謂己為人們普遍接受。我們用“黑”表示信息未知，用“白”表示信息完全明確，用“灰”表示部分信息明確、部分信息不明確。相應(yīng)地，信息完全明確的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng)，信息未知的系統(tǒng)稱為黑色系統(tǒng)，部分信息明確、部分信息不明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)?；疑到y(tǒng)理論的迅速發(fā)展及其在眾多科學(xué)領(lǐng)域屮的成功應(yīng)用，贏得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的肯定和關(guān)注。目前，許多國(guó)家的知名學(xué)者從事灰色系統(tǒng)的研究工作，為灰色系統(tǒng)理論的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)?；疑到y(tǒng)理論的應(yīng)用范圍已拓展到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、能源、交

3、通、石油、地質(zhì)、水利、氣象、生態(tài)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、教育、體育、軍事、法學(xué)、金融等眾多領(lǐng)域，成功地解決了生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的大量實(shí)際問(wèn)題。如徐忠祥教授等完成的新疆塔甩木盆地油氣圈閉灰色綜合預(yù)測(cè)、林昌榮rWjL完成的南海四邰油氣儲(chǔ)量分布灰色預(yù)測(cè)、范兆木尚L完成的黃河入?？诘匦窝葑兓疑A(yù)測(cè)、潘和平教授完成的河南油田油井巖層灰色聚類分析等。而灰色系統(tǒng)理論的創(chuàng)立催生了“灰色水文學(xué)”、“灰色地質(zhì)學(xué)”、“灰色統(tǒng)計(jì)學(xué)”、“灰色育種學(xué)”、“灰色控制”、“灰色醫(yī)學(xué)”等一批新興交叉學(xué)科，推動(dòng)了科學(xué)事業(yè)的發(fā)展；同時(shí)灰色系統(tǒng)理論也成為許多重要國(guó)際會(huì)議關(guān)注、討論的熱點(diǎn),對(duì)于世界

4、系統(tǒng)科學(xué)界同行進(jìn)一步了解灰色系統(tǒng)理論無(wú)疑會(huì)起到積極作用?；疑到y(tǒng)方法論是一種處理動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法，他可以對(duì)系統(tǒng)做出分析、建模、預(yù)測(cè)、決策、控制等，是現(xiàn)代地理學(xué)中重要的數(shù)學(xué)方法之一?；疑到y(tǒng)理論通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的整理來(lái)尋找數(shù)，將許多原始數(shù)據(jù)累加處理后變出現(xiàn)丫明顯的規(guī)律，盡管客觀系統(tǒng)表象復(fù)雜，數(shù)據(jù)離散，但它必然潛藏著某種內(nèi)在規(guī)律。近幾年，它成功應(yīng)用于工程控制，經(jīng)濟(jì)管理，已成功地應(yīng)用于工程控制，經(jīng)濟(jì)管理及社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)等領(lǐng)域。在因子復(fù)雜多變的農(nóng)業(yè)、水利及氣象等方面，取得了可喜得成就?；疑珵?zāi)變基本原理一般的，如果表征系統(tǒng)行為特征的指標(biāo)超過(guò)了某個(gè)閥值(臨界值)，

5、則稱發(fā)生了災(zāi)害。因此，所謂災(zāi)變是相對(duì)于所研究的問(wèn)題的表征變量而言的。如果以降水量作為旱澇災(zāi)害的表征指針，則只有當(dāng)降水量小于(或大于)某一閥值時(shí)，才認(rèn)為發(fā)生了旱災(zāi)(或澇災(zāi))，災(zāi)變預(yù)測(cè)就是對(duì)災(zāi)變發(fā)生的年份進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先先確定在編的閥值，由一般較常用的降水量聚平百分率指標(biāo)Ipa選取K為某年年降水量。多年年降水量。某；；些學(xué)者認(rèn)為，在某一地區(qū)當(dāng)Ipa<-20%時(shí)作為出現(xiàn)干旱的界限。把符合這一標(biāo)準(zhǔn)的年份挑選出來(lái)，定為干旱年，根據(jù)公式可以求得干旱年閥值。然后求得干旱年序列。如：某地區(qū)年平均降雨量統(tǒng)計(jì)表份號(hào)年序123456789降雨量390.3411319560.

6、2379.8541.4552311560份號(hào)年序1011121314151617降雨量300630541405.2312.8535586317.5規(guī)定=320,并認(rèn)為X(0>(i)為旱災(zāi)年。試預(yù)測(cè)小一個(gè)旱災(zāi)年可能性哪年。由給定的初始數(shù)據(jù)列及異常值，得下限災(zāi)變數(shù)列為Xf)=(319，311，300，312.8，317.5)其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻數(shù)列為P(o)=(3,8，10，14，17)將P(<))做一次累加生成得P(1)=(3,12,20,34,51)對(duì)Pu)建立GM(1.1)模型，得P(1)(k+1)=(3+24.577)e025361k—24.577(1)

7、通過(guò)(1)式預(yù)測(cè)到第六個(gè)及第七個(gè)數(shù)據(jù)為P(o)(6)=21.59,P(o)(7)=28.39由于21.59與17相差4.59,這表明下一次旱災(zāi)將發(fā)生在四年以后。結(jié)言灰&模型作為一種預(yù)測(cè)理論，己經(jīng)在各行各業(yè)得到充分的應(yīng)用。探索其在水文預(yù)測(cè)中的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)的意義。由于GM(1,1)模型要求數(shù)據(jù)較少，原理簡(jiǎn)單，計(jì)算量適中，結(jié)果精度較高等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，在這里需要指出的是GM(1,1)適合于短期的預(yù)測(cè)，不能用于較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)測(cè)，否則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，為了對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的趨勢(shì)值進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要引入新的數(shù)據(jù)，這樣可以確保預(yù)測(cè)的可靠性；另外原始序列本身規(guī)律的好壞，也將影響

8、預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)能力。