Logistic模型为荷兰数学家及生物学家Verhulst.Pearl在修正非密度方程时提出,其目的为研究遭到存活资源制约的状况下生物种群的增长规律。在Logistic模型中,有限空间内种群不可以无限增长,而是存在着数目上限。因为自然资源、环境条件等原因对种群的增长起着阻滞用途,并且伴随种群数目的增大,阻滞用途逐步增大,即实测增长率是一个减函数,且伴随种群数目的增大而减小,当种群数目趋于上限时,种群增长亦趋于稳定。因为Logistic阻滞增长模型所需的数据少,计算简单,对中短期时间内的种群数目预测较为准确,亦常应用于人口预测方面。
1、Logistic阻滞增长模型
如上文述,人口增长率为以人口数目x为自变量的函数r(x),这里r(x)为减函数。假设r(x)= r ?Sx,S>0,这里r为初始值r(),即当人口无存活环境和资源限制时的固有增长率。当人口数目达到人口最大容量,或有r()=0,此时人口达到稳定状况。由线性关系r()=r-S,可得S=r/。假设x是时间t的函数x(t),从而有解变量可离别方程。
2、SPSS软件拟合Logistic人口阻滞增长模型
通过模型方程(Ⅰ)可知,Logistic模型拟合的重点为参数和的确定。下使用两种SPSS软件的回归拟合办法,借助1990-2010年人口调查数据(如表1)进行人口数目的预测。
(一)非线性回归(Nonlinear Regression)拟合
在SPSS(SPSS19.0)的变量视图中概念两变量人口数目x及年份t,在数据视图中由上而下录入人口数据(如图1所示)。
在菜单栏依次选择剖析(Analyze)―回归(Regression)―非线性估计(Nonlinear),打开非线性回归窗口。将年末总人口[x]送入因变量一栏,在模型表达式输入框中输入模型公式
A/(1 +(A / 114333 - 1)* Exp(- r *(t - 1990)))(如图2)。此处以A代替人口最大容量,因为时间以1990年为初始年份,原方程中的t转为t-1990。选择“参数”项进行参数A和r初始值的设定(如图3),这里A初始值选择人数中的最大值134091(万人),r的初始值选择1991年的人口增长率0.013,“用上一剖析的起始值”一栏选中,单击“继续”。单击“保存”项,打开对话框如图4,选中预测值和残差项,便于检验模型方程的拟合成效,选择“继续”返回非线性回归窗口,选择“确定”运行。在输出(Output)窗口中,可以得到参数A的迭代计算过程、参数估计等内容。由参数估计得参数估计值,=0.0675。R2=1.000。
(二)曲线估计法
使用SPSS的曲线估计进行模型拟合,须先求参数。对估计的办法不少,这里使用三点法进行求取。
选择剖析(Analyze)―回归(Regression)―曲线估计(Curve Estimation),打开曲线估计窗口,将年末总人口[x]和年份[t]分别送入因变量和自变量输入框,在“模型”区选中Logistic,在上限一栏填入142515.5576,在“保存”对话框中选中预测值和残差,其他根据默认选择。选择“确定”。
3、对两种办法所得拟合方程的讨论
从可决系数R2来看,两种办法所得拟合方程的R2均得1,则两种办法对Logistic人口预测模型的拟合性都非常不错。分别用两种办法所得方程对2011年和2012年的年末人口数进行估计,结果如下表1。可以看出,曲线估计的拟合相对较好。
考虑二者操作的方便性,前者的拟合性不依靠于A、r初值的选取(选取失当会干扰迭代过程所需时间),靠谱程度较好,后者则需要借助其它办法预估的值,最后所得方程的拟合性非常大程度上亦依靠于的取值。