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中国人口增长预测
李华青,巩伟方,朱礼廷
指导教师 朱伟
摘要:通过对本题数据以及网上我国近三十年实际人口的研究和分析,发现我国当前的人口形势和发展规律呈现出新的特点,据此将题目划分为三个问题:(1)我国人口数量的中短期和长期变化趋势;(2)乡村人口城镇化程度;(3)人口老龄化问题。针对问题(1),得出结论:我国在未来10年内人口增长较快,在2015年左右达到峰值,此后增长速度减慢甚至出现负增长。针对问题(2),选择一个具有代表性的城市--成都市为例来说明问题。数据表明,成都市未来流入人口呈不断增加趋势,流入人口规模继续扩大,从而反映出我国的乡村人口城镇化程度在不断加深。针对问题(3),把全国人口划分成少年、中年、老年三个年龄段,并定义人口老龄化指数η来衡量我国的人口老龄化程度。
关键词:灰色系统GM(1,1)模型;Logistic模型;混沌理论重构??空间方法;最大Lyapunov指数预测;等维灰数递补动态预测模型;人口老龄化指数
1 模型假设
(1)假设各年的人口数均为当年年末人口数。
(2)假设人口数量足够大,为时间的连续可微函数。
(3)假设人口不流动,即不考虑迁入或迁出对全国总人口的影响。
(4)假设生存空间等自然资源无限,不考虑自然资源对人口变化的影响。
(5)不考虑大规模疾病等意外灾难因素对人口变化的影响。
(6)不考虑同一时间间隔(例如每一年)内人口数量的变化。
(7)假设成都市人口的老龄化趋势与全国基本保持一直。
(8)假设我国的政治体制对人口状态变化的影响保持不变,如计划生育政策的稳定不变。
2 符号说明
:模型(1)中表示第t 年的实际人口数;:模型(1)中表示第t 年的预测人口数;:模型(2)中表示内禀增长率;:模型(2)中表示初始年份;:模型(2)中表示环境条件所能容许的最大人口数;:模型(2)中表示第t 年的人口数;:模型(3)中表示嵌入维数;:模型(3)中表示时间延迟;:模型(3)中表示重构相空间;:模型(3)中表示m维相空间的嵌入点数;:模型(3)中表示最大Lyapunov指数;:模型(3)中表示最长预测时间;:模型(4)中表示第k 年的实际人口数;:模型(4)中表示第k 年的预测人口数;:模型(5)中表示人口老龄化指数;:模型(5)中表示第i 个年龄段的人数;:模型(5)中表示第i 个年龄段的人数占总人数的比例。
3 模型建立
3.1 针对问题(1),我们建立了三个模型:
模型(1):灰色系统模型
模型(2):Logistic人口模型
模型(3):最大Lyapunov指数预测模型
3.2 针对问题(2),我们建立了等维灰数递补动态预测模型:
模型(4):
3.3 针对问题(3),我们定义了老龄化指数
模型(5):
4 模型求解
4.1 问题(1):我国人口数量的变化趋势
4.1.1 模型(1)
在模型(1)中包含两个参数:和,首先需要估计出这两个参数。我们把方程(1)改写为
然后把换为并与原式作算术平均,得
求得时间函数的估计值:
我们把上述方程作为我们的人口预测方程。
根据我们上网查到的1981年~2005年的全国人口统计数据,得到如下的原始数据序列:
X(0)=(100072 101654 103008 104357 105851 107507 109300 111026 112704 114333 115823 117171 118517 119850 121121 122589 123626 124761 125786 126743 127627 128453 129207 129735 130137)
得人口预测方程:
将各个年份分别代入上面的方程即得各个年份的人口数据预测值,然后将其分别与实际值比较,并计算出其误差。
实际值与预测值的比较图[1]
该模型对于中短期的人口预测,所得结果较为准确,大部分预测数据与实际数据的误差率都在2%以内,较好地估计出了最近几十年的人口数量。
根据我们的模型所预测出的结果,到本世纪中叶我国的人口数量将超过15亿,但是根据国内的本课题专家研究,随着我国经济社会发展和计划生育工作加强,可以预测我国的总人口将于2010年、2020年分别达到13.6亿人和14.5亿人,2033年前后达到峰值15亿人左右,即我国人口的上限不会超过15亿人。这一结论与我们的模型所得到的数据有所出入。
于是我们将模型进行改进,选择在长期预测方面比较精准的模型(2)Logistic人口模型来求解.
4.1.2 模型(2)
这个问题是典型的伯努利方程初值问题,其解为:
分析上式可知:
(1)当时,,即无论人口初值如何随着时间推移而变
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