基于随机蛙跳筛选的初烤烟叶中β-胡萝卜素和叶黄素含量近红外模型的建立

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作者 何屹 杨本刚 +5 位作者 尹嵩 陈实 尹晓东 周文忠 贾学伟 杨盼盼 《轻工学报》 CAS 北大核心 2024年第2期100-106,共7页

为提高近红外光谱法测定初烤烟叶中β-胡萝卜素和叶黄素含量的准确性和稳定性,采用随机蛙跳(Random Frog,RF)筛选特征波长建立上述指标的偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)近红外模型,结合模型内部交互验证结果确定最优建模波长数... 为提高近红外光谱法测定初烤烟叶中β-胡萝卜素和叶黄素含量的准确性和稳定性,采用随机蛙跳(Random Frog,RF)筛选特征波长建立上述指标的偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)近红外模型,结合模型内部交互验证结果确定最优建模波长数和主成分数,并对最优模型的准确性和稳定性进行内外部评价。结果表明:相较于全波长(1298个波长)建模,利用RF筛选出的181个和216个特征波长建模,模型的决定系数(R2)由0.7718和0.8677分别提高至0.9511和0.9587,校正均方根误差(RMSEC)由3.362μg/g和4.930μg/g分别降低至1.556μg/g和2.756μg/g,交互验证均方根误差(RMSECV)由3.304μg/g和4.836μg/g分别降低至1.529μg/g和2.703μg/g;模型外部预测集(样品数=50)的预测平均相对误差分别由11.80%和9.62%降低至5.48%和5.49%。采用RF筛选特征波长能有效提升初烤烟叶β-胡萝卜素和叶黄素含量近红外模型的准确性和稳定性,可为初烤烟叶质量评价提供理论参考。 展开更多

关键词 近红外模型 随机蛙跳 初烤烟叶 Β-胡萝卜素 叶黄素

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改进随机蛙跳算法在大豆品种快速鉴别中的应用

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作者 李伟 谭峰 +2 位作者 张伟 高陆思 李金山 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3763-3769,共7页

大豆品种快速准确的鉴别,对于鉴定种子品质、净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题,采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘(PLS)鉴别模型,对黑龙江省4个高蛋... 大豆品种快速准确的鉴别,对于鉴定种子品质、净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题,采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘(PLS)鉴别模型,对黑龙江省4个高蛋白大豆品种(黑农88、黑农98、绥农71以及绥农76)进行快速鉴别。随机蛙跳(RF)算法是一种通过迭代计算变量被选概率,以确定变量重要性的新型特征波长选择算法,可以有效剔除全光谱数据中的冗余信息。该方法存在初始变量集随机性、所需迭代次数大、阈值选取不确定的问题,因此提出一种基于最小绝对收敛与选择算子(LASSO)回归的改进随机蛙跳(MRF)算法。采用LASSO算法提取与属性变量最相关的特征波长点作为RF初始变量集F0,消除初始变量的随机性,在此基础上开始迭代计算,可以减少无用迭代次数,提高模型的预测精确度。RF算法通过设定阈值的方法选择变量,因此提取的特征波长往往具有不确定性。改进如下:首先去除被选概率为0的变量,对于排序后变量以10个波长点为间隔,每次增加1个间隔建立特征波长与大豆品种属性的偏最小二乘回归模型,当交叉验证均方根误差(RMSECV)取最小值时的建模波长为优选特征波长。以MRF优选特征波长作为输入变量建立PLS鉴别模型,并与全光谱以及常用的RF、LASSO和ElasticNet特征波长选择算法建模结果进行对比分析。结果表明,MRF算法提取300个特征波长点,仅占全谱波长的9.37%,有效筛选了关键特征变量,简化了模型复杂度。预测结果中均方根误差(RMSEP)和决定系数(Rp2)分别为0.246 9和0.951 2,识别准确率达到100%,为所有模型中最优。拉曼光谱结合MRF算法可以实现大豆品种的快速鉴别,同时也为其他农作物品种的快速鉴别提供了一种新思路。 展开更多

关键词 拉曼光谱 大豆 特征波长选择 随机蛙跳 最小绝对收敛与选择算子

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基于随机蛙跳波段选择算法的土壤铅含量高光谱估测 被引量：1

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作者 安柏耸 王雪梅 +1 位作者 黄晓宇 卡吾恰提·白山 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3302-3309,共8页

高光谱数据中存在的大量冗余信息对高光谱估测精度产生较大影响。旨在寻求特征波段筛选的最佳算法,以实现土壤重金属铅含量的准确监测,为土壤污染防治提供参考。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤重金属铅含量与光谱数据为数据源,利用... 高光谱数据中存在的大量冗余信息对高光谱估测精度产生较大影响。旨在寻求特征波段筛选的最佳算法,以实现土壤重金属铅含量的准确监测,为土壤污染防治提供参考。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤重金属铅含量与光谱数据为数据源,利用蒙特卡洛交叉验证(MCCV)算法确定92个有效土壤样品,通过相关分析选取倒数对数一阶微分变换处理的光谱数据,采用随机蛙跳(RF)算法,并结合竞争性自适应重加权(CARS)算法、迭代保留有效信息变量(IRIV)算法及连续投影算法(SPA),构建RF-CARS、RF-IRIV及RF-SPA三种算法对波段进行筛选。以倒数对数一阶微分变换处理下的特征波段反射率为自变量,土壤重金属铅含量为因变量,采用极端梯度提升(XGBoost)和地理加权回归(GWR)方法构建土壤重金属铅含量估测模型。结果表明:(1)光谱变换处理可有效增强光谱与土壤铅含量的敏感性,其中倒数对数一阶微分变换后的土壤光谱特征更为明显,相关系数可达到0.620(p<0.001)。(2)RF-CARS、RF-IRIV及RF-SPA算法分别从高光谱数据中筛选出6、9和7个特征波段,全部位于近红外光谱区域,3种算法具有较强的特征提取能力,极大减少光谱数据中的冗余信息。(3)基于RF-IRIV算法构建的土壤铅含量估测模型的精度和稳定性高于RF-CARS和RF-SPA算法构建的模型,说明RF-IRIV算法能更为准确的保留与土壤铅含量相关的波段。此外,GWR模型的性能优于XGBoost模型,构建的RF-IRIV-GWR模型具有较好的预测能力,可作为研究区土壤铅含量的最优估测模型,其验证集的决定系数(R^(2))为0.892,均方根误差(RMSE)为0.825 mg·kg^(-1),相对分析误差(RPD)为3.09。基于随机蛙跳(RF)与迭代保留有效信息变量(IRIV)算法,结合地理加权回归(GWR)建模方法在快速准确估测土壤铅含量方面具有一定优势,可进行土壤重金属污染的动态监测。 展开更多

关键词 特征波段 随机蛙跳算法 竞争性自适应重加权算法 迭代保留有效信息变量算法 连续投影算法 极端梯度提升 地理加权回归 土壤铅

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随机蛙跳算法的研究进展 被引量：22

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作者 韩毅 蔡建湖 +3 位作者 周根贵 李延来 林华珍 唐加福 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2010年第7期16-19,共4页

随机蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Lgorithm,SFLA)是进化计算领域中一种新兴、有效的亚启发式群体计算技术,近几年来逐渐受到学术界和工程优化领域的关注。SFLA结合了具有较强局部搜索(Local Search,LS)能力的元算法(Memetic Algorit... 随机蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Lgorithm,SFLA)是进化计算领域中一种新兴、有效的亚启发式群体计算技术,近几年来逐渐受到学术界和工程优化领域的关注。SFLA结合了具有较强局部搜索(Local Search,LS)能力的元算法(Memetic Algorithm,MA)和具有良好全局搜索(Global Search,GS)性能的粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的特点,因此其寻优能力强,易于编程实现。详细阐述了SFLA的基本原理和流程,总结了SFLA目前在优化和工程技术等领域中的研究,展望了SFLA的发展前景。 展开更多

关键词 随机蛙跳算法 亚启发式算法 工程优化 元算法 粒子群算法

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基于高光谱技术和改进型区间随机蛙跳算法的番茄硬度检测 被引量：17

5

作者 龙燕 连雅茹 +2 位作者 马敏娟 宋怀波 何东健 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期270-276,共7页

为了准确、快速的检测番茄硬度,该文提出了一种基于改进型区间随机蛙跳算法优选高光谱特征波长的番茄硬度检测模型。在获取番茄高光谱图像后,首先对光谱数据进行多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)和归一化预处理。... 为了准确、快速的检测番茄硬度,该文提出了一种基于改进型区间随机蛙跳算法优选高光谱特征波长的番茄硬度检测模型。在获取番茄高光谱图像后,首先对光谱数据进行多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)和归一化预处理。针对区间随机蛙跳算法(interval random frog,i RF)所需迭代次数大、算法收敛慢等缺点,该文提出了改进型区间随机蛙跳算法(modified interval random frog, miRF),并将其应用于特征波长选择。最后建立偏最小二乘回归模型(partial least squares regression, PLSR)预测番茄的硬度。iRF共选出特征波段100个,算法收敛时间为32.1 min,而miRF共选出特征波长47个,算法收敛仅需1.6 min。同时miRF-PLSR番茄硬度预测精度也更优,测试集相关系数达到了0.968 5,均方根误差为0.004 0 kg/mm^2。试验结果表明:结合高光谱技术和miRF算法可实现对番茄硬度的快速、无损检测。 展开更多

关键词 光谱分析 算法 模型 高光谱技术 番茄 硬度 特征波长 区间随机蛙跳

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基于折扣产品供应商选择问题的随机蛙跳算法 被引量：1

6

作者 韩毅 蔡建湖 +3 位作者 李延来 叶许红 林华珍 王炜 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期567-572,共6页

针对生产企业中多产品有采购量折扣的产品供应商选择问题,设计了基于问题特征的随机蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Algorithm,SFLA)对问题进行求解.介绍了蛙跳算法的基本原理、SFLA的编码方案、解的演变方案及算法执行步骤.通过算例对... 针对生产企业中多产品有采购量折扣的产品供应商选择问题,设计了基于问题特征的随机蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Algorithm,SFLA)对问题进行求解.介绍了蛙跳算法的基本原理、SFLA的编码方案、解的演变方案及算法执行步骤.通过算例对SFLA进行验证.结果表明,SFLA在计算时间和求解效果两方面均优于现有的遗传算法. 展开更多

关键词 供应商选择 折扣产品 随机蛙跳算法 遗传算法

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基于随机蛙跳和支持向量机的冬小麦叶面积指数估算 被引量：11

7

作者 孙晶京 杨武德 +1 位作者 冯美臣 肖璐洁 《山西农业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第5期120-128,共9页

[目的]作物叶面积指数(LAI)与其长势密切相关,通过研究小麦冠层光谱的不同预处理方法、波段选择方法和模型构建方法的不同组合,找出适用于小麦LAI估算的最佳预测模型,为快速准确监测冬小麦LAI提供参考。[方法]本研究以冬小麦为研究对象... [目的]作物叶面积指数(LAI)与其长势密切相关,通过研究小麦冠层光谱的不同预处理方法、波段选择方法和模型构建方法的不同组合,找出适用于小麦LAI估算的最佳预测模型,为快速准确监测冬小麦LAI提供参考。[方法]本研究以冬小麦为研究对象,测定其在不同生育时期的LAI与冠层光谱反射率,研究了原始光谱、一阶和二阶导数光谱与LAI之间的相关系数并采用随机蛙跳算法对其进行特征波段的提取,最后基于选取的特征波段,使用偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘支持向量回归(LS-SVR)分别构建LAI预测模型。[结果]结果表明,二阶导数光谱不仅可以改善红边区域波段与LAI之间的相关系数,在725 nm处其相关系数达到0.662,而且提高了特征波段的选择概率,在732 nm处,其选择概率达到0.688。相比采用相关系数和竞争自适应重加权采样(CARS)所建的模型,用随机蛙跳选择的特征波段构建的模型预测精度更高,校正集决定系数达到0.956,验证集决定系数达到0.902,校正集均方根误差降低到0.367,验证集均方根误差降低到0.601。此外,在LAI的预测模型中,LS-SVR的性能优于PLSR。[结论]采用二阶导数预处理结合随机蛙跳特征波长选择算法并使用LS-SVR构建的LAI预测模型性能最佳,可为快速检测LAI提供一种可行的解决方案。 展开更多

关键词 可见光/近红外光谱 叶面积指数(LAI) 光谱变换 随机蛙跳 最小二乘-支持向量回归(LS-SVR)

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改进的随机蛙跳算法对农机润滑油污染浓度的近红外光谱检测研究 被引量：1

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作者 韩嘉庆 周桂霞 +4 位作者 胡军 程介虹 陈争光 赵胜雪 刘奕伶 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3482-3488,共7页

润滑油是农业机械正常作业的必要物资,农业机械发动机工作的动力性、安全性、经济性以及寿命与润滑油状况有着紧密联系。污染浓度作为油液的综合评价指标,常规的实验室检测耗时长、成本高,所以开发高效的润滑油污染浓度检测技术具有重... 润滑油是农业机械正常作业的必要物资,农业机械发动机工作的动力性、安全性、经济性以及寿命与润滑油状况有着紧密联系。污染浓度作为油液的综合评价指标,常规的实验室检测耗时长、成本高,所以开发高效的润滑油污染浓度检测技术具有重要意义。提出了一种基于近红外光谱技术的农机润滑油污染浓度的检测方法,同时针对随机蛙跳(RF)特征波长选择算法中迭代次数大,结果再现性低等缺点,提出了一种迭代保留信息变量的随机蛙跳(IRIV-RF)特征波长选择算法。该算法一方面利用迭代保留信息变量(IRIV)算法提取出强信息变量和弱信息变量,将其作为RF算法中的初始变量集,消除初始变量集的随机性对结果再现性的影响。另一方面通过对变量按被选概率值由大到小正向排序后,从首个波长开始依次增加一个波长建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,选择交叉验证均方根误差(RMSECV)值最小时的变量子集为特征波长,消除RF算法所提取的特征波长数量的不确定性。利用近红外光谱仪采集自行配制的101份不同污染浓度的农机润滑油原始光谱数据,选用三种不同的预处理方法分别对原始光谱进行处理,确定最佳的预处理方法为变量标准化(SNV)。在此基础上通过RF,IRIV和IRIV-RF三种算法分别对全谱进行特征波长选择,并建立PLSR模型。通过对全谱-PLSR,RF-PLSR,IRIV-PLSR以及IRIV-RF-PLSR模型的预测精度进行比较,结果表明,经过IRIV-RF算法提取特征波长后所建立的PLSR模型预测精度最高,预测相关系数(R_(p))为0.9657,预测均方根误差(RMSEP)为9.0584,显著提升了预测精度与运行效率,降低模型复杂程度。IRIV-RF是一种有效的特征波长选择算法,研究证明了近红外光谱联合改进的IRIV-RF算法检测农机润滑油污染浓度的可行性,为鉴定润滑油品质提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 特征波长选择 随机蛙跳 迭代信息保留变量 农机润滑油 污染浓度 近红外光谱

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基于随机蛙跳和支持向量机的牛乳收购分级模型构建 被引量：3

9

作者 肖仕杰 王巧华 +4 位作者 李春芳 赵利梅 刘鑫雅 卢士宇 张淑君 《智慧农业（中英文）》 2021年第4期77-85,共9页

蛋白质、脂肪含量和体细胞数量作为牛乳收购中的重要参考指标,决定了牛乳的品质和价格。为批量准确地对牛乳品质进行分级,提高乳企的生产效率,本研究以3216份荷斯坦牛牛乳样本为研究对象,应用中红外光谱技术实现对收购过程中4种不同品... 蛋白质、脂肪含量和体细胞数量作为牛乳收购中的重要参考指标,决定了牛乳的品质和价格。为批量准确地对牛乳品质进行分级,提高乳企的生产效率,本研究以3216份荷斯坦牛牛乳样本为研究对象,应用中红外光谱技术实现对收购过程中4种不同品质牛乳的检测分级。利用一阶导数和一阶差分对光谱进行预处理,并结合竞争性自适应重加权算法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)和随机蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Algorithm,SFLA)筛选出能代表不同牛乳的有效特征变量,建立支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型。其中,利用网格搜索法(Grid Search,GS)、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对SVM模型的关键参数——惩罚参数c和核函数参数g进行优化。结果表明,SFLA算法总体上优于CARS算法,PSO优化SVM模型的效果最佳。一阶差分预处理后,利用SFLA算法筛选特征变量建立的PSO-SVM模型,训练集准确率、测试集准确率和曲线下面积(Area Under Curve,AUC)分别为97.8%、95.6%和0.96489。该模型具有较高的准确率,在牛乳产业中具有实际应用价值。 展开更多

关键词 中红外光谱 牛乳 收购分级 随机蛙跳 支持向量机

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改进的联合区间随机蛙跳算法的近红外光谱波长选择 被引量：6

10

作者 程介虹 陈争光 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3451-3456,共6页

在近红外光谱的建模预测分析中,数据的冗余及共线性会严重影响模型的预测精度和稳健性。特征波长选择是提高定量分析预测精度的一种有效方法。随机蛙跳(RF)是一种依据不同的变量具有不同的被选择可能性的特征波长选择算法,近年来在特征... 在近红外光谱的建模预测分析中,数据的冗余及共线性会严重影响模型的预测精度和稳健性。特征波长选择是提高定量分析预测精度的一种有效方法。随机蛙跳(RF)是一种依据不同的变量具有不同的被选择可能性的特征波长选择算法,近年来在特征波长提取方面展现良好的性能。该方法通过多次迭代,计算每个变量被选择的概率,以优选概率高的变量为特征波长。但由于其初始变量集V0的产生是随机的,具有较大的不确定性,可能会包含无用或干扰信息,难以保证初始信息的有效性,使得迭代次数过大,运行时间过长。故而提出一种改进的联合区间随机蛙跳(Si-RF)特征波长选择算法,通过联合区间偏最小二乘法(SiPLS)对全谱进行变量初选,此时得到的波长对目标变量变化最为敏感,将其作为RF的初始变量子集,以解决RF运行时间较长、效率较低的问题。另一方面, RF在选择特征波长时,选择被选概率值大于阈值的变量为特征波长,但对概率值阈值的设定无理论依据,易受人为因素影响。通过对变量按被选概率值降序排列后逐次增加一个波长建立多元线性回归(MLR)模型,以验证均方根误差(RMSEV)值最低时的变量子集为特征波长,以找到预测精度最高点所包含的波长,提高预测精度。针对上述两点进行改进,将其应用于一组土壤样本近红外光谱数据集,进行特征波长选择后,建立MLR模型,与RF-MLR及全谱-PLSR模型的预测精度进行比较。结果表明:RF经过10 000次迭代,优选出10个波长点,建立的MLR模型的预测均方根误差(RMSEP)为1.6276;而改进后Si-RF只需进行1 000次迭代,优选出17个波长点,其MLR模型的RMSEP减小到0.818 4,大大提升了预测精度,提高运行效率。相较于全谱,也极大的提高了预测精度,简化模型的复杂度,证明改进的Si-RF是一种有效的特征波长选择算法。 展开更多

关键词 近红外光谱 特征波长选择 多元校正 随机蛙跳 联合区间偏最小二乘

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基于改进随机蛙跳算法的主梁轻量化研究 被引量：1

11

作者 靳通通 吴淑芳 +1 位作者 李松 王腾飞 《机械设计与制造工程》 2018年第12期15-18,共4页

起重机箱型主梁的轻量化问题属于带约束的函数寻优问题,为此使用随机蛙跳算法来研究,但用随机蛙跳算法解决此问题时存在局部探索能力变差、优化结果不理想、收敛变慢甚至停滞等缺点,因此改进了算法中的评价值函数和蛙跳方式。将改进前... 起重机箱型主梁的轻量化问题属于带约束的函数寻优问题,为此使用随机蛙跳算法来研究,但用随机蛙跳算法解决此问题时存在局部探索能力变差、优化结果不理想、收敛变慢甚至停滞等缺点,因此改进了算法中的评价值函数和蛙跳方式。将改进前后的算法以及GA算法都应用到主梁轻量化问题中,验证了改进后的算法在主梁轻量化问题中的优越性能。 展开更多

关键词 随机蛙跳算法 函数寻优问题 桥式起重机 主梁轻量化

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基于随机蛙跳算法的特征波长优选 被引量：7

12

作者 撒继铭 江河 +3 位作者 谢凯文 顾瀚文 罗怡杰 张朱珊莹 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第15期227-235,共9页

在随机蛙跳算法的基础上,提出了一种改进的窗口随机蛙跳算法,即使用连续窗口代替单个波长点,所提算法提高了原蛙跳算法的寻优精度,降低了随机蛙跳算法的迭代次数,从而提高了算法的收敛速度。血液样本的实验结果表明,相较于全波段,建立... 在随机蛙跳算法的基础上,提出了一种改进的窗口随机蛙跳算法,即使用连续窗口代替单个波长点,所提算法提高了原蛙跳算法的寻优精度,降低了随机蛙跳算法的迭代次数,从而提高了算法的收敛速度。血液样本的实验结果表明,相较于全波段,建立的偏最小二乘法模型的预测均方根误差下降了47.9%,预测集相关系数Rp提高了4.07%,证明了所提算法的有效性。通过对3种主流算法及改进随机蛙跳算法筛选出的特征波长建立回归分析模型,证明了改进算法在特征波长选择上的优越性。 展开更多

关键词 光谱学 红外光谱 随机蛙跳算法 定量分析 特征波长选择

原文传递

基于改进蛙跳算法的多无人机协同任务分配研究

13

作者 张耀中 赵雪芳 丰文成 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2023年第4期52-58,64,共8页

针对多无人机协同任务分配问题,提出了一种基于Levy飞行的改进随机蛙跳算法用于解决多无人机的协同任务预分配问题,通过引入动态跳跃步长、Levy飞行因子和族群认知因子有效改进了算法的搜索性能,提高了搜索效率。针对多无人机协同执行... 针对多无人机协同任务分配问题,提出了一种基于Levy飞行的改进随机蛙跳算法用于解决多无人机的协同任务预分配问题,通过引入动态跳跃步长、Levy飞行因子和族群认知因子有效改进了算法的搜索性能,提高了搜索效率。针对多无人机协同执行任务时可能遭遇的突发任务,通过引入市场拍卖机制提高了算法的计算收敛效率。通过仿真算例分析,验证了改进的随机蛙跳算法解决多无人机协同任务分配问题的有效性。 展开更多

关键词 多无人机协同任务 任务分配 随机蛙跳算法 拍卖机制

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近红外光谱结合化学计量学方法快速检测蓝莓可溶性固形物和维生素C含量 被引量：1

14

作者 王甜甜 冯国红 朱玉杰 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2023年第16期297-305,共9页

采用近红外光谱技术,对不同贮藏时间的蓝莓营养成分进行定量分析,以寻求其化学成分与近红外光谱数据的相关性,实现利用光谱技术对蓝莓营养成分的无损检测。对获取的近红外光谱数据,运用偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression,... 采用近红外光谱技术,对不同贮藏时间的蓝莓营养成分进行定量分析,以寻求其化学成分与近红外光谱数据的相关性,实现利用光谱技术对蓝莓营养成分的无损检测。对获取的近红外光谱数据,运用偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression,PLSR)和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)两种机器学习算法预测蓝莓可溶性固形物(Soluble Solids Content,SSC)和维生素C(Vitamin C,V_(C))含量。为增加预测精度,采用一阶导数(First Derivative,1-DER)、二阶导数(Second Derivative,2-DER)、标准正态变换(Standard Normal Variate Transform,SNV)、多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)、Savitzky-Golay平滑(S-G)等一种或几种方法组合对光谱数据进行预处理,比较分析最佳的预处理方式;采用竞争适应性重加权采样法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)和随机蛙跳算法(Random Frog,RF)及两种算法组合对光谱波长进行降维处理。结果表明,降维后的SSC波长变量分别降到了全光谱变量的1.7%、4.3%和5.6%,V_(C)波长变量分别降到了全光谱变量的2.5%、2.9%、4.8%。在筛选后的光谱波长变量的基础上,采用PLSR建立蓝莓近红外光谱与SSC和V_(C)含量的预测模型。对比发现CARS结合RF算法筛选出的波长变量预测效果更好,模型校正相关系数分别为0.9001、0.8707,校正均方根误差分别为0.8234、2.9429,预测相关系数分别为0.8424、0.8350,预测均方根误差分别为0.9613、2.9482。为排除模型性能对预测结果的影响,建立SVR模型将预测结果进行对比,同样发现CARS结合RF算法的预测效果更佳,模型校正相关系数分别为0.8702、0.8503,校正均方根误差分别为0.9549、3.2431,预测相关系数分别为0.8269、0.8183,预测均方根误差分别为0.8769、2.8818。本研究为蓝莓营养品质监测提供了模型基础,且选择特征波长的方法可以为更多果蔬营养物质预测模型提供参考。 展开更多

关键词 近红外光谱 竞争适应性重加权采样法 随机蛙跳 偏最小二乘回归 支持向量回归

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棉花内层杂质的高光谱透射成像分类检测

15

作者 魏子凯 王杰 +1 位作者 张若宇 张梦芸 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3230-3238,共9页

棉花杂质在轧棉过程中对棉纤维造成损伤,导致成品纺织品出现瑕疵。因此,杂质的检测和分类在棉花生产过程及质量检验中至关重要。地膜是我国机采棉中特有的杂质。该研究将包括地膜碎片等12种常见棉花杂质放置于两层皮棉层之间,采用推扫... 棉花杂质在轧棉过程中对棉纤维造成损伤,导致成品纺织品出现瑕疵。因此,杂质的检测和分类在棉花生产过程及质量检验中至关重要。地膜是我国机采棉中特有的杂质。该研究将包括地膜碎片等12种常见棉花杂质放置于两层皮棉层之间,采用推扫式高光谱成像系统在透射模式下对杂质与皮棉混合样本进行图像采集,在400~1000 nm范围内利用光谱信息识别嵌在皮棉层中的12种杂质。首先对高光谱图像进行平场校正,对边缘噪声进行裁剪;选择500 nm处灰度图像进行人工感兴趣区域(ROIs)提取,从ROIs提取皮棉和杂质平均透射光谱并进行标准化;使用典型判别分析(CDA)对皮棉和杂质光谱进行处理并利用前三个典型变量绘制散点图,观察散点分组情况,采用多变量方差分析(MANOVA)对前三个典型变量评估每两种杂质之间的差异。然后使用区间随机蛙跳(iRF)方法提取特征波段,采用支持向量机(SVM)分类器,分别对全波段及特征波段的透射光谱进行杂质和皮棉13个类别的分类研究,对比分析两次分类的准确率。结果表明,全波段的各类杂质和皮棉的平均分类准确率为84.4%,该方法对棉花内层杂质的检测与分类是可行的,包括与皮棉外观相近的地膜、塑料包装和纸的分类效果较好。在提取12个特征波段后,4种具有相似外观和相似化学成分的杂质(裂茎、茎皮、棉铃壳、棕叶)分类准确率较低但都超过73%;棉籽、绿叶、纸片、塑料包装、地膜、皮棉的分类准确率均超过90%;各类杂质和皮棉的平均分类准确率为86.2%;与全波段光谱的分类结果相比,特征波段光谱的平均分类准确率提高1.8%。该研究结果可为棉花内层杂质检测研究提供理论依据,并对高光谱透射成像技术的应用有较好的指导作用。 展开更多

关键词 棉花杂质分类 高光谱成像 透射 随机蛙跳 特征波长提取

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基于IPSO-SVM的大气候室相对湿度预测

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作者 丁瑞成 刘斌 +1 位作者 郑焕祺 周玉成 《计算机时代》 2023年第2期11-15,20,共6页

针对大气候室相对湿度控制效果存在明显滞后的问题,建立改进粒子群算法(IPSO)-支持向量机(SVM)的相对湿度预测模型。首先引入Tent混沌映射初始化种群,使初代粒子均匀分布于搜索空间,增加种群多样性;其次采用新的惯性权重非线性调整策略... 针对大气候室相对湿度控制效果存在明显滞后的问题,建立改进粒子群算法(IPSO)-支持向量机(SVM)的相对湿度预测模型。首先引入Tent混沌映射初始化种群,使初代粒子均匀分布于搜索空间,增加种群多样性;其次采用新的惯性权重非线性调整策略,平衡粒子的全局搜索与局部搜索能力;最后引入随机蛙跳算法(SFLA)的跳跃机制,一定程度上避免了标准PSO算法过早收敛,陷入局部最优的问题。实验结果表明:在三组数据集中,相较于PSO-SVM和GA-SVM算法,本模型具有最优的预测精度,决定系数均在0.97以上,该模型可为优化大气候室相对湿度控制策略提供参考。 展开更多

关键词 大气候室 改进粒子群算法 随机蛙跳算法 支持向量机 相对湿度预测

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高光谱图像检测马铃薯植株叶绿素含量垂直分布 被引量：32

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作者 孙红 郑涛 +3 位作者 刘宁 程萌 李民赞 Zhang Qin 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期149-156,共8页

为了检测马铃薯作物叶绿素含量,该文按照叶片垂直分布位置采集马铃薯叶片样本的成像高光谱数据,提取并计算了400个划分区域的平均光谱,使用手持式SPAD-502叶绿素仪测定了相应位置的SPAD(soil plant analysis development)值。采用标准... 为了检测马铃薯作物叶绿素含量,该文按照叶片垂直分布位置采集马铃薯叶片样本的成像高光谱数据,提取并计算了400个划分区域的平均光谱,使用手持式SPAD-502叶绿素仪测定了相应位置的SPAD(soil plant analysis development)值。采用标准正态变量校正(standard normal variate,SNV)方法对光谱数据进行预处理,分析了开花期植株自下而上垂直叶位间光谱和叶绿素分布关系,其光谱反射率在382~700 nm区间随叶位的升高反射率增加(上>中>下),在700~1 019 nm范围下叶位反射率高于上部和中部叶位(下>上>中),且SPAD均值依次为36.41、43.11、47.04。分别采用相关系数分析法和随机蛙跳(random frog,RF)算法筛选叶绿素含量敏感波长,并建立偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)模型。结果如下:基于相关系数分析法筛选的12个敏感波长主要位于530~550和706~708nm范围,建模精度RC2为0.7 588,验证精度RV2为0.5 773;基于random frog算法筛选的11个敏感波长(554.62、560.26、575.04、576.35、595.09、604.7、649.44、731.8、752.78、786.38、789.97 nm),建模精度RC2为0.8 423,验证精度RV2为0.7 676。选取RF-PLS模型计算马铃薯叶片每个像素点的叶绿素含量,绘制不同叶位马铃薯叶片叶绿素含量可视化分布图,结果可反映马铃薯在开花期植株上叶片叶绿素动态响应关系,实现了不同叶位马铃薯叶片叶绿素含量无损检测以及分布可视化表达。 展开更多

关键词 光谱分析 作物 叶绿素 垂直分布 马铃薯作物 随机蛙跳算法 高光谱成像

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建立近红外特征波长模型快速测定羊草常规营养成分的研究 被引量：7

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作者 陈积山 朱瑞芬 +2 位作者 张强 杜优颖 孔晓蕾 《草地学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期867-873,共7页

本研究采用近红外光谱法快速测定羊草(Leymus chinensis)中的常规营养成分,利用无信息变量消除法(unknown variable elimination,UVE)、随机蛙算法(random frog algorithm,RF)结合偏最小二乘法(partial least squares,PLS)建立了羊草品... 本研究采用近红外光谱法快速测定羊草(Leymus chinensis)中的常规营养成分,利用无信息变量消除法(unknown variable elimination,UVE)、随机蛙算法(random frog algorithm,RF)结合偏最小二乘法(partial least squares,PLS)建立了羊草品质测定模型,有效降低了冗余无信息变量,提高了模型的测量精度和稳定性。研究发现利用UVE-PLS筛选建立的羊草品质测定模型优于全光谱PLS和RF-PLS筛选建立的模型;UVE-PLS模型显著降低了交叉验证均方根误差和预测均方根误差,提高了校正集决定系数、交叉验证决定系数及预测集决定系数。研究表明UVE-PLS模型在测定羊草中的水分、粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维是可行的,校正集决定系数和预测集决定系数95%~98%。 展开更多

关键词 羊草 常规营养成分 近红外特征波长 无信息变量消除法 随机蛙跳

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基于混沌分组教与学优化算法锅炉NO_x模型优化研究 被引量：9

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作者 马云鹏 牛培峰 +2 位作者 陈科 闫姗姗 李国强 《计量学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期125-129,共5页

为了平衡教与学优化算法的全局和局部搜索能力,提出一种混沌分组教与学优化算法。采用3种调整机制:应用混沌方法初始化种群个体;在教阶段成绩更新中引入自适应惯性权值;在学阶段,采用随机蛙跳算法思想,将班级中的学生分组,更新子种群的... 为了平衡教与学优化算法的全局和局部搜索能力,提出一种混沌分组教与学优化算法。采用3种调整机制:应用混沌方法初始化种群个体;在教阶段成绩更新中引入自适应惯性权值;在学阶段,采用随机蛙跳算法思想,将班级中的学生分组,更新子种群的最差解。用10个经典的测试集函数测试改进算法的性能,并与人工蜂群算法、万有引力算法、原始的教学优化算法进行比较,结果显示:改进算法具有良好的全局和局部搜索能力,而且收敛精度高。此外,应用改进的教与学算法优化循环流化床锅炉氮氧化合物排放浓度的模型,仿真试验表明优化后的模型具有良好的辨识能力和泛化能力,能够指导工程,解决实际问题。 展开更多

关键词 计量学 氮氧化合物 教与学优化算法 混沌 自适应 随机蛙跳算法 循环流化床锅炉

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基于高光谱反射、透射和交互作用成像模式的蓝莓硬度和弹性模量预测的比较 被引量：4

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作者 胡孟晗 董庆利 刘宝林 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3651-3656,共6页

构建了高光谱反射、透射和交互作用成像系统对蓝莓的硬度和弹性模量进行无损检测,并对比不同成像模式的预测准确率。反射高光谱图像采用以大津法为核心的算法进行分割,而透射和交互作用高光谱图像利用基于区域增长的算法进行分割。对提... 构建了高光谱反射、透射和交互作用成像系统对蓝莓的硬度和弹性模量进行无损检测,并对比不同成像模式的预测准确率。反射高光谱图像采用以大津法为核心的算法进行分割,而透射和交互作用高光谱图像利用基于区域增长的算法进行分割。对提取平均光谱分别进行标准正态变量变换(SNV)和一阶SG卷积平滑(Der),并构建相应光谱的最小二乘支持向量机模型。在全波段模型中,基于SNV预处理反射光(Reflectance-SNV)模型对蓝莓硬度的预测相关系数(R_p)=0.80,相对预测误差(RPD)=1.76;基于SNV预处理透射光(Transmittance-SNV)模型对蓝莓弹性模量的R_p(RPD)=0.78(1.74)。随机蛙跳算法(Random Frog)可以有效地减少了建模所需的波段数,同时还提高了大部分模型的预测准确率。基于随机蛙跳选择的Der交互作用光(Random Frog-interactance-Der)模型对蓝莓硬度的R_p(RPD)=0.80(1.83),但该模型建模所需的波段数为140;基于随机蛙跳算法的SNV透射光(Random Frog-Transmittance-SNV)模型对蓝莓弹性模量的R_p(RPD)=0.82(1.83),同时该模型建模所需的波段数为20。 展开更多

关键词 力学特性 质地 无损检测 随机蛙跳 波段选择

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