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中国人口普查数学建模---吴林芹,石岩,钟鑫旺.pdf
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2023-05-26
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中国人口普查数学建模---吴林芹,石岩,钟鑫旺.pdf
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全国人口普查问题
摘 要
人口普查是一项定期进行的国家级调查,人口普查对于制定社会保障、基础
设施建设、家庭规划和教育等方面的决策都有重要意义。通过人口普查可以更好
地了解人口的构成和需要,从而更好地满足人民的需求。因此如果能有效预测全
国人口普查数据具有重大意义。本文通过建立 logistics 模型,brown 模型,层
次结构模型来有效预测未来中国人口总量,未来中国的男性人口占比和城镇人口
占比以及最优的人口普查频率。
针对问题一,要求预测 2030 年中国人口总数,就中国的人口变化规律而言,
自 20 世纪 50 年代开始,中国的人口剧烈增长。使用 logistics 模型来分析中国
人口增长能够直观地反映人口增长的速度和趋势,帮助决策者更好地规划政
策。 logistics 模型,通过分析货物的数量、流动和储存的变化趋势预测未来的
发展方向,同样,通过类比可以将其应用于人口的预测分析中。能够研究人口迁
移对经济和社会等因素的影响。若只是分析过去几十年人口增长的线性趋势并将
之预测到未来显然与实际情况相去甚远,于是我们选用了较为精确的 logistics
模型,预测出 2030 年我国人口总量在 149520 万人。
针对问题二,要求预测2030年中国男性人口占比以及城镇人口占比。该题属
于人口结构预测,与我国各种政策与经济发展有着重大关系,人口结构的变化呈
现出随机漫步的趋势,我们已知一定量的数据点,我们可以在此基础上对这些数
据进行处理使其呈现出随机性并且在整体上呈现出一个趋势,因此我们可以使用
布朗(Brown)线性趋势模型,霍尔特(Holt)线性趋势模型。以及spss直接进
行分析。通过建立模型和拟合曲线我们最后得出了2030年我国男性占比是51.23%,
城镇人口占比是78.1%。
针对问题三,要求评价普查频率是否合理,本文将从其经济性,人口发展性,
政策可调性等多层次进行评估,并对此做出指标体系进行分数总评,我们运用的
是层次结构模型来定量分析我国人口普查分别在 1 年,5 年,10 年,15 年的综
合评分,经过我们分析比较可知人口普查频率在 10 年每次时综合评分最高,在
经济,人口发展,政策可调性中都具有优异性,故 10 年每次的人口普查是合理
的,是符合客观发展规律的。
关键词:logistics 模型;布朗线性趋势模型; 层次结构模型; 霍尔特线性
趋势模型
2
一,问题背景与重述
1.1 问题背景
中国自 1979 年实行计划生育政策以来,出生率逐渐下降。2015 年,政府放
宽了计划生育政策,实行“全面二孩”政策,但出生率并没有明显上升。人口普
查每 10 年进行一次,尾数逢 0 的年份为普查年度,标准时点为普查年度的 11
月 1 日零时。人口普查经费应当统一管理、专款专用,从严控制支出。
随着中国经济的快速发展,人们的生活水平和教育水平不断提高,同时也导
致了人们的生育观念的改变,越来越多的夫妻选择不生育或者晚婚晚育。随着城
市化进程的加速,很多年轻人离开农村到城市工作和生活,导致农村地区的人口
减少,城市地区的人口增长。随着医疗水平的提高和生活水平的提高,中国人口
老龄化问题越来越严重。这也导致了劳动力的减少,对经济和社会的影响也越来
越大。
总的来说,中国人口增长的趋势是逐渐趋缓,而且人口老龄化问题越来越
严重。这对中国的社会、经济和政治都将带来重大的挑战和影响。
1.2 问题重述
利用国家统计局网站发布的统计数据和公开信息,用数学建模的方式回答如
下问题:
问题 1:在 2030 年,中国人口总数是多少?
问题 2:在 2030 年,中国的男性占比和城镇人口占比各是多少?
问题 3:考虑到我国目前的发展趋势, 你认为中国的全国人口普查按平均每 10
年一次的频率是否合适?不合适,要给出多少年合适的年限。
二,问题分析
2.1 问题一的分析
本题要求在 2030 年,中国人口总量的多少,根据国家统计局公开数据及网
上可查证数据,我们可以分析出大致的人口增长趋势,根据马尔萨斯模型我们可
知如果人口容量没有上限,即资源没有限制人口会呈指数形式增长。但这并不符
合实际人口增长规律,地球的资源是有限的,所以适合人类生存的数量有一定极
限,再者,通过数据表格和目前我国的生育政策,目前的人口增长已经不符合马
尔萨斯模型,
3
由图 1 中黄色曲线图可以看出随着人口总量的增多我国人口增长率在降低,从参
数的角度可知 logistics 模型(阻滞增长模型)更符合数据所给的规律。
2.2 问题二的分析
本题要求2030年中国男性人口占比和城镇人口占比分别为多少,我们先将各
年数据进行表格统计,再以折线图表示,对于男性占比来说,由图我们容易看出
数据虽然具有一定的波动性,但由于是采用百分制,故可近似看作有线性趋势,
同时也没有明显的季节性变化,对此我们选择构建霍尔特(Holt)线性趋势模型。
于城市人口比例而言,通过观察它的时序图可以知道,它具有较明显的线性
趋势。因此,我们选择更为简单的布朗(Brown)线性趋势模型。通过两个模型
的建立,我们可以很容易得到两数据的预测结果,对此我们还对其进行了优度检
验与残差检验,最后看是否能将残差看作白噪音,若能,则预测结果可信,若不
能则还需对残差进行二次检验。
2.3 问题三的分析
本题要求我们对十年每次的人口普查频率做一个评估,并且判断出最佳的普
查频率。对于评价一个决策,我们需要从多方面多层次进行分析与判断,我们已
找到影响全国人口普查频率的因素有经济,政策可调性,以及人口发展。因此,
进行层次结构模型建模,参考因数为经济,人口发展,政策可调性;为比较 10
年每次是否合理,我们分别设置了 1 年每次,3 年每次,5 年每次,10 年每次,
15 年每次进行参考与对比。
经过网上查找资料可知经济,人口发展及政策可调性的相对重要程度,对此我
们可以列出判断矩阵,求出各因素占比权重。我们再对我们选出的这些年份对这
些因素列出判断矩阵,最后我们可以得到各年份对各因数的权重表与分数表。最
后我们得到的分数最高者即为我们本次判断的最优项。
4
三,模型假设
结合本题实际,为了确保模型建立的准确性和合理性,我们对一些位置因素
做出如下的一些假设:
1. 假设所给数据均为真实可靠且具有可预测性。
2. 不考虑人口迁出与迁入。
3. 不考虑意外死亡,战争,疾病的影响。
4. 假设未来环境人口容量不变。
四,定义与符号说明
为了便于问题的解决,和看懂本文所举模型,对如下符号定义:
符号
符号定义
单位
X(t)
在 t 年时全国人口总量
万人
r
(
x
)
关于人口增长率的函数
r
每
10
年人口增长率
xm
当前环境所能容纳的最大人
口数量
万人
t
年份
年
h
预测期的步长
时刻为 t 时的预估趋势
水平平滑参数
趋势平滑参数
五,模型的建立与求解
5.1 问题一模型的建立与求解
5.1.1 问题一的解题思路与 logistics 模型的建立
为估计未来中国人口总数,我们可以使用 Logistic 模型来预测人口变化趋
势。
假设:
1)r(x)是一个关于人口 x 的线性函数 r(x)=r-sx。
2)当前环境所允许的最大人口数量为 xm,当人口饱和时,r(xm)=0,可知 s=
。
结合 1)、2)可得以下等式:
人口增长率函数:r(x)=r(1-
) (1)
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big胆,dont卷
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