安徽工程大學本科
課程設計（**）
專業金融111
題目：基於聚類分析方法的工業廢水排放處理情況探索
作者姓名： 葉丹
學號： 3110803104
成績2023年10月25日
摘要改革開放以來，高等統計教育有了很大的發展。多元統計分析是運用數理統計方法來研究解決多指標問題的理論和方法，是統計學中乙個非常重要的分支。我國自20世紀80年代起在多個領域拉開了多元統計分析應用的帷幕，多元統計分析被廣泛應用於自然學科和社會科學的各個學科，已經成為人們解決實際問題不可或缺的重要工具。
工業廢水的綜合治理已成為當代環境工作亟待解決的重大問題之一。隨著工業經濟的迅速發展，工業廢水的排放量增加很快。目前，我國以淮河、太湖等為代表的江河湖泊因為工業廢水排放而遭到較為嚴重的汙染，對環境和居民身體健康產生了較大的影響。
我國在大力發展工業經濟的同時需要進一步加強工業廢水的治理。目前，我國東部地區工業發展較為發達，工業廢水治理開展的比較早，廢水處理技術和廢水處理率較高。隨著中西部地區工業的發展，中西部地區的工業廢水治理面臨較大的發展空間。
關鍵詞：聚類分析；工業廢水排放及處理；分析方法
引言我國工業廢水治理的技術水平近年來發展較快。無論是城市生活汙水還是工業廢水治理，隨著一大批汙水處理工程專案的建設和運營，我國的汙水處理企業在汙水處理的裝置研發與生產、工程設計和施工等方面積累了一批較為成熟的技術，已經能夠滿足國內一般的汙水處理建設專案的需求。
工業廢水治理行業與經濟週期的變化緊密相關，很大程度上依賴於國民經濟運**況以及工業固定資產投資規模的波動。在國民經濟發展的不同時期，國家的巨集觀政策也在不斷調整，該類調整將直接影響到工業廢水治理行業的發展。我國經濟近年來一直保持較高的增長速度，固定資產投資快速增長。
今後一段時間，在國家有效巨集觀調控的基礎上，國民經濟將繼續保持快速增長的趨勢，工業廢水治理行業作為朝陽產業，受益於國民經濟快速增長，也將迎來快速發展的有利時期。
評價指標的選取：探索工業廢水排放及處理情況,必須建立適當的指標體系。但由於其指標的複雜性和多樣性,各指標的選取要遵循以下原則:
(1) 選取的指標能客觀地反映各城市工業廢水排放及處理情況主要方面；(2) 指標之間基本上相互獨立； (3) 盡量選取相對指標。，所選資料全部來自《中國統計年鑑》：（x1）工業廢水排放量；（x2）工業廢水排放達標量；（x3）工業廢水中化學需氧量排放量（噸）；（x4）工業廢水中氨氮排放量（噸）；（x5）廢水治理設施數（套）；（x6）本年執行費用（萬元）。
第1章緒論
1.1 選題背景
改革開放30多年來，我國經濟一直保持高速增長。伴隨著經濟的高增長，隨之而來的就是對資源的利用以及對環境的合理保護。我國工業廢水治理的技術水平近年來發展較快。
無論是城市生活汙水還是工業廢水治理，隨著一大批汙水處理工程專案的建設和運營，我國的汙水處理企業在汙水處理的裝置研發與生產、工程設計和施工等方面積累了一批較為成熟的技術，已經能夠滿足國內一般的汙水處理建設專案的需求。
1.2 研究意義
中商情報網發布的《2023年中國工業廢水處理行業調研諮詢報告》共十一章。首先介紹了工業廢水的定義、分類、處理方法和工業廢水處理行業基本情況等，接著分析了工業水處理行業發展現狀、中國工業廢水處理行業情況、隨後，報告對紡織工業、造紙工業、鋼鐵工業、石油化工行業、醫藥工業、電鍍行業、製革工業、**工業、塗料工業、 陶瓷工業、 味精工業、繅絲工業、黃磷和檸檬酸工業等行業廢水處理情況進行了詳細的分析、接著對中國工業廢水處理重點企業經營情況進行分析，最後對工業廢水處理行業未來趨勢與發展前景進行了分析，本報告匯集了大量的、最新的第一手資料和資料，為工業廢水處理企業、相關企業單位準確了解目前中國工業廢水處理發展最新動態，把握工業廢水處理發展方向、制定市場策略的重要決策依據之一，具有重要決策參考價值。因此，在此對我國2023年的主要城市工業廢水排放及處理情況進分析，以便更好的處理廢水問題，減少工業廢水給人們生活帶來的危害。
第2章聚類分析
2.1 基本思想
聚類分析的基本思想是認為研究的樣本或變數之間存在著程度不同的相似性，根據一批樣本的多個觀測指標，具體找出一些能夠度量樣本或指標之間相似程度的統計量，以這些統計量為劃分型別的依據，把一些相似程度較大的樣本(或變數)聚合為一類，把另外一些彼此之間相似程度較大的樣本(變數)也聚合為一類，關係密切的聚合到乙個小的分類單位，關係疏遠的聚合到乙個大的分類單位，直到把所有的樣本(或變數)都聚合完畢，把不同的型別一一劃分出來，形成乙個由小到大的分類系統；最後再把整個分類系統畫成一張圖，將親疏關係表示出來[2]。
2.2 系統聚類法
就聚類分析的內容而言，可分為系統聚類法、有序樣品聚類法、動態聚類法和模糊聚類法。這裡主要介紹系統聚類法。
系統聚類法的聚類過程如下：首先將所研究的每個事物物件自己看作乙個類，計算相互之間的接近程度後，將最相近的先合併為一類。然後，進一步計算類與類之間的距離，再合併相近的類，直至將所有物件合併為乙個大類。
也就是說，系統聚類的過程實際上給出了從最細的分類（每個物件自己為一類）到最粗的分類（所有的物件歸為一類）之間的所有分類結果。最後，根據問題需要，可以將物件分為若干類，即選擇聚類過程中的乙個分類結果。
設有個樣品，每個樣品測得項指標（變數），原始資料陣為
2-1）
其中為第個樣品的第個指標的觀測資料。第個樣品為矩陣的第行所描述，所以任何兩個樣品與之間的相似性，可以通過矩陣中的第行與第行的相似程度來刻劃；任何兩個變數與之間的相似性，可以通過第列與第列的相似程度來刻畫。
23 點與點之間距離的度量方法
點與點之間的距離包括歐式距離（euclideam distance）、歐式距離的平方（squared euclidean distance）、切比雪夫（chebychev）距離、絕對值距離（block）、明氏距離（minkowski），同時spss還給出了乙個自定義（customized）的距離，它是乙個絕對冪的度量，即變數之差絕對值的次冪之和的次根，與由使用者指定。另外還有相似係數cosine（變數向量的余弦）和pearson correlation（皮爾森相關係數）。距離和相似係數計算公式如下：
歐式距離2-2)
歐式距離的平方2-3）
變數向量的余弦2-2)
皮爾森相關係數2-3）
切比雪夫距離2-6）
絕對值距離2-7）
明氏距離2-8）
自定義距離2-9）
2.2 類之間距離的度量方法
類與類之間的距離定義不同，就產生了8種不同的系統聚類方法：最短距離法（nearest neighbor）、最長距離法（furthest neighbor）、重心法（centroid clustering）、中間距離法（median clustering）、類平均法（within-groups linkage）、可變類平均法（between-groups）、離差平方和法（ward）和可變法。spss給出了前7種，系統預設為可變類平均法。
這樣由於所選擇的聚類方法不同，往往聚類的結果會有些差異。因此在應用中可以多選擇幾種方法聚類，找出共性的結果對一些有爭議的可以使用判別分析解決。下面列出了spss的上述7種系統聚類方法及其類與類之間距離的定義。
其中表示類的任意樣品與類的任意樣品之間的距離；表示類與之間的距離；類是由類與合併而成的新類，任意其他類到類的距離自然就記為。
類平均法2-10）
可變類平均法
2-11）
最短距離法2-12)
最長距離法2-13）
重心法為類樣品的均值（重心），為類樣品的均值 （2-12）
中間距離法2-13）離差平方和法2-16）
第3章聚類分析計算與分析
下面以乙個具體的例子來實現實證分析。2023年我國其中31個省、市和自治區的工業廢水排放及處理情況的幾個指標為（x1）工業廢水排放量；（x2）工業廢水排放達標量；（x3）工業廢水中化學需氧量排放量（噸）；（x4）工業廢水中氨氮排放量（噸）；（x5）廢水治理設施數（套）；（x6）本年執行費用（萬元）。
3.1 聚類分析的計算
使用系統聚類法對各地區工業廢水排放及處理情況進行聚類，即從綜合角度來看哪些地區的情況類似；再對不同的專案進行聚類，即對變數進行聚類，來看哪些變數屬於一類。其資料如表3-1所示。
表3-1 原始資料表
工業廢水排放管理辦法
1總則1.1為加強工業廢水排放的管理，規範銅板帶廠工業廢水的排放，特制定本辦法。1.2本辦法規定了工業廢水排放管理及考核標準等內容。1.3本辦法適應於銅板帶廠所有外排水的管理。2名詞術語 2.1工業廢水 各類工礦企業生產過程中排出的一切液態廢棄物的總稱。2.2水汙染 又稱水體汙染，汙染物進入河流 湖...
常見工業廢水的處理方法
2含金屬離子的廢水處理 3 電鍍廢水中所含重金屬能對環境及人體產生長遠的不良影響,因此,電鍍廢水必須嚴格控制,妥善處理和處置。對含有機物 絡離子及螯合物量大的廢水,要先將妨礙處理重金屬的有機物質用氧化 吸附等適當的處理方法除去。然後再把它作無機類廢水處理。實際生產中廢水產生量較大的有 含銅廢水 含鉻...
工業廢水中銅離子處理方法
鍍銅層常作為鍍鎳 鍍錫 鍍鉻 鍍銀 鍍金的底層，以提高基體金屬與表面鍍層的結合力和鍍層的防腐蝕效能，因此，含銅電鍍廢水在電鍍行業中十分普遍，而且該種廢水通常含有多種重金屬和絡合劑。目前，對於含銅電鍍廢水的處理主要採用化學法 離子交換法 膜分離法 吸附法 生物法等。化學法處理含銅電鍍廢水 1 中和沉澱...