中国人口增长预测模型
摘要
本文建立了我国人口增长的预测模型，对各年份全国人口总量增长的中短期和长期趋势作出了预测，并对人口老龄化、人口抚养比等一系列评价指标进行了预测。最后提出了有关人口控制与管理的措施。
模型Ⅰ：建立了Logistic人口阻滞增长模型，利用附件2中数据，结合网上查找补充的数据，分别根据从1980年到2005年总人口数据建立模型，进行预测，把预测结果与附件1《国家人口发展战略研究报告》中提供的预测值进行分析比较。得出运用1980年到2005年的总人口数建立模型，拟合的曲线的可决系数为0.9987。运用1980年到2005年总人口数据预测得到2010年、2020年、2033年我国的总人口数分别为13.55357亿、14.18440亿、14.70172亿。
模型Ⅱ：考虑到人口年龄结构对人口增长的影响，建立了按年龄分布的女性模型（Leslie模型）：以附件2中提供的2001年的有关数据，构造Leslie矩阵，建立相应 Leslie模型；然后，根据中外专家给出的人口更替率1.8，构造Leslie矩阵，建立相应的 Leslie模型。
首先，分别预测2002年到2050年我国总人口数、劳动年龄人口数、老年人口数（见附录8），然后再用预测求得的数据分别对全国总人口数、劳动年龄人口数的发展情况进行分析，得出：我国总人口在2010年达到14.2609亿人，在2020年达到14.9513亿人，在2023年达到峰值14.985亿人；预测我国在短期内劳动力不缺，但须加强劳动力结构方面的调整。
其次，对人口老龄化问题、人口抚养比进行分析。得到我国老龄化在加速，预计本世纪40年代中后期形成老龄人口高峰平台，60岁以上老年人口达4.45亿人，比重达33.277%；65岁以上老年人口达3.51亿人，比重达25.53%；人口抚养呈现增加的趋势。
再次，讨论我国人口的控制，预测出将来我国育龄妇女人数与生育旺盛期育龄妇女人数，得到育龄妇女人数在短期内将达到高峰，随后又下降的趋势的结论。
最后，分别对模型Ⅰ与模型Ⅱ进行残差分析、优缺点评价与推广。
关键词 Logistic人口模型 Leslie人口模型人口增长预测 MATLAB软件
一、问题重述
中国是一个人口大国，人口问题始终是制约我国发展的关键因素之一。根据已有数据，运用数学建模的方法，对中国人口做出分析和预测是一个重要问题。
近年来中国的人口发展出现了一些新的特点，例如，老龄化进程加速、出生人口性别比持续升高，以及乡村人口城镇化等因素，这些都影响着中国人口的增长。2007年初发布的《国家人口发展战略研究报告》(附录1) 还做出了进一步的分析。
关于中国人口问题已有多方面的研究，并积累了大量数据资料。附录2就是从《中国人口统计年鉴》上收集到的部分数据。
试从中国的实际情况和人口增长的上述特点出发，参考附录2中的相关数据（也可以搜索相关文献和补充新的数据），建立中国人口增长的数学模型，并由此对中国人口增长的中短期和长期趋势做出预测；特别要指出你们模型中的优点与不足之处。
附录1 《国家人口发展战略研究报告》
附录2 人口数据（《中国人口统计年鉴》中的部分数据）及其说明
二、问题分析
一、从附件1中，我们看到过去一些专家对中国的总人口数做出了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15亿人左右的预测。因而，我们也可以先对总人口的增长趋势做出自己的预测与专家预测数据进行比较，对于预测所要用到的一些相关数据，我们作了相应的补充，由此我们建立了模型Ⅰ：阻滞增长模型。
二、模型Ⅰ只考虑了人口总数，对人口总数进行了预测分析。但实际中在对人口进行分析时，按年龄段分布的人口结构是非常重要的。在人口总数一定时，不同年龄段的人的生育率和死亡率是不同的，它们对人口未来发展的影响也是很不一样的。为了讨论不同年龄段的人口分布对人口增长的影响，我们依据附件2建立了模型Ⅱ：按年龄分布的Leslie模型。
三、由模型Ⅰ和模型Ⅱ的结果我们预测了人口总数的发展趋势，由模型Ⅱ的计算结果我们还能够得到各年份处在各年龄段的人口数量、男女比率的预测值。根据这些预测值我们可以计算出反映人口增长特点的其他指标，由此我们可以对模型的计算结果进行进一步的分析。
三、问题的假设
1、社会稳定，不会发生重大自然灾害和战争i i s b ,不随时间而变化
2、超过90岁的妇女（老寿星）都按90岁年龄计算
3、在较短的时间内，平均年龄变化较小，可以认为不变
4、不考虑移民对人口总数的影响
四、符号说明
符号说明
t 表示年份（选定初始年份的0=t ）
r 人口增长率
x 人口数量
m x 自然资源和环境条件所能容纳的最大人口数量
2R 可决系数
m i t n i ,2,1),(= 在时间段t 第i 年龄组的人口总数
)90,,2,1,0 =i b i （ 第i 年龄组的生育率 )90,,2,1,0 =i d i （ 第i 年龄组的死亡率 )90,,2,1,0( =i s i 第i 年龄组的存活率
L Leslie 矩阵
0Z 2001年全国人口总数 s z 2001年城市总人口
z z 2001年镇总人口 x z 2001年乡总人口
m i n i ,2,1),0(= 2001年第i 年龄段的人口总数
)3,2,1(=i v i 3,2,1=i
时分别表示市、镇、乡的女孩出生率
)j (L j 时段具有劳动能力的人口
)j (ρ 社会的抚养比指数 k 总和生育率
)(j K i j 时段i 年龄组中女性所占的百分比
五、模型的建立与求解
模型Ⅰ：阻滞增长模型（Logistic 模型）[1] 一、模型的准备
阻滞增长模型的原理：阻滞增长模型是考虑到自然资源、环境条件等因素对人口增长的阻滞作用，对指数增长模型的基本假设进行修改后得到的。阻滞作用体现在对人口增长率r 的影响上，使得r 随着人口数量x 的增加而下降。若将r 表示为x 的函数)(x r 。则它应是减函数。于是有：
0)0(,)(x x x x r dt
dx
==
（1）
对)(x r 的一个最简单的假定是，设)(x r 为x 的线性函数，即
)
0,0()(>>-=s r sx
r x r
（2）
设自然资源和环境条件所能容纳的最大人口数量m x ，当m x x =时人口不再增
长，即增长率0)(=m x r ，代入（2）式得m
x r
s =，于是（2）式为
)1()(m
x x r x r -
= （3）
将（3）代入方程（1）得：
⎪⎩⎪⎨⎧=-=0
)0()
1(x x x x rx dt
dx
m （4）
解方程（4）可得：
rt
m m
e x x
x t x --+=
)1(1)(0
（5）
二、模型的建立
为了对以后一定时期内的人口数做出预测，我们首先从中国经济统计数据库（http://211.86.245.155/index.aspx ）上查到我国从1954年到2005年全国总人口的数据如表1。
