基于最小二乘支持向量机的油页岩含油率近红外光谱分析

为了提高油页岩含油率近红外光谱分析建模的预测精度和稳定性,开展了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)建模方法的对比研究.采用主成分-马氏距离(PCA-MD)和基于蒙特卡洛采样(MCS)2种方法进行了奇异样本的检测,采用径向基核函数的LS-SVM、偏最小二乘(PLS)和反向传播神经网络(BPANN)3种方法进行建模方法对比.结果表明,对于64个油页岩岩芯样本,与PCA-MD方法相比,采用MCS方法剔除奇异样本后所建PLS模型的预测精度提高了28%.对于MCS方法剔除奇异样本后的58个样品,采用KennardStone法划分了44个样品的校正集和14个样品的预测集,采用2阶导数和标准化预处理方法,建立了100个LS-SVM的校正模型,模型的预测决定系数R2平均值达到0.90以上,高于PLS和BPANN模型的对应值;且R2的变化量(0.02)小于BPANN模型的对应值(0.32).因此,MCS奇异样本检测结合LS-SVM方法可提高油页岩含油率样本建模的精度和稳定性.     

应用光谱技术无损检测油菜叶片中乙酰乳酸合成酶

应用可见/近红外光谱技术实现了油菜叶片中乙酰乳酸合成酶(ALS)的快速无损检测.对99个油菜样本进行光谱扫描,经过平滑、变量标准化、一阶求导等预处理后,应用偏最小二乘法(PLS)建立了ALS的预测模型.同时提取有效特征变量,作为反向传输人工神经网络(BPNN)和最小二乘-支持向量机(LS-SVM)的输入值,并建立相应的模型.用66个样本建模,33个样本验证.结果表明,LS-SVM模型能够获得最优的预测结果,预测集样本的相关系数(r)、预测标准差(RMSEP)和偏差(Bias)分别为0.998、 0.715和0.079,获得了满意的预测精度.结果表明,应用可见/近红外光谱技术结合LS-SVM检测油菜中乙酰乳酸合成酶是可行的,并能获得满意的预测精度,为进一步应用光谱技术进行油菜生长状况的大田监测奠定了基础.     

拉曼光谱结合背景扣除化学计量学方法用于汽油中MTBE含量的快速测定研究

应用便携式拉曼光谱仪测量了汽油样本的拉曼光谱,以自适应迭代惩罚最小二乘方法(airPLS)对光谱进行了背景扣除和平滑处理,并选取特征峰区间利用偏最小二乘方法(PLS)建立了预测甲基叔丁基醚(MT-BE)的校正模型。以训练集相关系数和拟合误差及测试集相关系数和预测误差作为判定依据,确定了最佳建模条件。最终训练集相关系数为0.996 0,拟合误差为0.316 1,测试集相关系数为0.996 6,预测误差为0.490 1。结果表明采用便携式拉曼光谱结合化学计量学方法处理,可以满足对汽油中MTBE含量快速检测的要求。     

共轴双脉冲激光诱导击穿光谱和最小二乘支持向量机法定量分析植物油中铬

利用共轴双脉冲激光诱导击穿光谱( DP-LIBS)技术对植物油(大豆油、花生油和玉米油)中的重金属铬( Cr)含量进行定量分析。采用Ava-Spec双通道高精度光谱仪采集样品的LIBS光谱,然后通过其LIBS谱线图确定了CN分子谱线(421.49 nm)、Ca原子谱线(422.64 nm)及Cr的3条原子谱线(425.39、427.43和428.87 nm),根据上述谱线建立了Cr元素的单变量定标模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)校正模型,并用验证样品对它们进行检验。研究结果表明,对于单变量定标法,大豆油、花生油及玉米油验证样品的平均预测相对误差(PRE)分别为12.57%,12.11%和13.72%;对于三变量LS-SVM法,其定标样品真实值与预测值之间的拟合度 R2分别为0.9785,0.9792和0.9654,验证样品的平均 PRE 分别为8.92%,8.33%和10.98%;对于五变量LS-SVM法(增加两基体元素谱线变量),其定标样品真实值与预测值之间的拟合度R2分别为0.9895,0.9901和0.9855,验证样品的平均PRE分别为7.46%,8.96%和8.95%。由此可知,LS-SVM校正模型性能优于单变量定标法,且五变量LS-SVM校正模型性能优于三变量LS-SVM校正模型;采用LS-SVM法及引入合适的基体元素谱线( CN、Ca)能有效减小定量分析误差,提高LIBS技术对植物油中Cr含量预测的精度。     

分子电性距离矢量用于稠环芳烃液相色谱保留值的QSPR研究

采用分子电性距离矢量(Molecular Electronegativity Distance Vector,MEDV)表征稠环芳烃类化合物的分子结构.分别运用多元线性回归(Multiple Linear Regres-sion,MLR)和偏最小二乘回归(PLS)建立了稠环芳烃类化合物结构与其液相色谱(LC)保留值的定量结构一性质关系(QSPR)模型,同时采用内部及外部双重验证的办法对所建模型稳定性能进行分析和验证,建模计算值、留一法交互检验预测值和外部样本预测值的复相关系数Rcum、RLOO、Qext分别为0.9970,0.9950,0.9925(MLR);0.9930,0.9790,0.9917(PLS).结果表明,MEDV能较好地表征该类分子结构信息,所建QSPR模型具有良好的稳定性和预测能力.为稠环芳烃类化合物分离、纯化、检测等方法的建立,提供有效的理论依据.     

基于最小二乘支持向量机的色谱指纹图谱预测银杏叶总抗氧化活性

在色谱图基线校正和色谱峰匹配基础上,提出以40个银杏叶提取物HPLC指纹图谱的色谱图轮廓作为输入,相应的提取物总抗氧化活性作为输出,建立最小二乘支持向量机回归模型,并对包含10个样本的测试集进行了预测.最小二乘支持向量机的测试集预测误差均方根(RMSEP)为0.0230,预测结果优于目前普遍使用的误差反向传播神经网络和偏最小二乘回归.与采用色谱峰面积为分析变量的模型预测结果比较表明:采用消除干扰后的色谱图全谱轮廓保留了样本的全部信息,预测结果更好     

基于粒子群算法的最小二乘支持向量机在红花提取液近红外定量分析中的应用

提出一种基于粒子群算法的最小二乘支持向量机(PSO-LS-SVM)方法,用于建立红花提取过程关键质控指标的定量分析模型.近红外光谱数据经波段选择、预处理和主成分分析(降维)后,利用粒子群优化(PSO)算法对最小二乘支持向量机算法中的参数进行优化,然后使用最优参数建立固含量和羟基红花黄色素A(HSYA)浓度的定量校正模型.将校正结果与偏最小二乘法回归(PLSR)和BP神经网络(BP-ANN)比较,并将所建的3个模型用于红花提取过程未知样本的预测.结果表明,BP-ANN校正结果优于PSO-LS-SVM和PLSR,但是对验证集和未知样品集的预测能力较差,而PSO-LS-SVM和PLSR模型的校正、验证结果相近,相关系数均大于0.987,RMSEC和RMSEP值相近且小于0.074,RPD值均大于6.26,RSEP均小于5.70％.对于未知样品集,pSO-LS-SVM模型的RPD值大于8.06,RMSEP和RSEP值分别小于0.07％和5.84％,较BP-ANN和PLSR模型更低.本研究所建立的PSO-LS-SVM模型表现出较好的模型稳定性和预测精度,具有一定的实践意义和应用价值,可推广用于红花提取过程的近红外光谱定量分析.     

近红外光谱法同时测定通天口服液中天麻素和芍药苷的含量

本文应用近红外光谱结合偏最小二乘法建立了同时测定通天口服液中天麻素与芍药苷含量的方法。以高效液相色谱(HPLC)法测定通天口服液样品中天麻素和芍药苷的化学参考值,随机抽取60个样本作校正集,20个样本作预测集。用偏最小二乘法(PLS)将校正集样本的近红外光谱与相应样本的天麻素和芍药苷含量分别相关联建立模型。结果表明,天麻素和芍药苷校正模型的决定系数分别为96.28%、94.55%,模型的交叉验证均方差分别为0.0336、0.00908,预测集的决定系数分别为94.23%、92.86%,预测集均方差分别为0.0453、0.00839。同时还做了模型的精密度实验,该方法能用于大批量样品的快速分析。     

汽油辛烷值的介电谱技术测定

利用介电谱仪采集汽油样品介电谱数据,基于已知辛烷值(研究法和马达法测定)的校正集样品,采用偏最小二乘法(partial least squares, PLS)建立校正模型,然后利用所建模型定量预测验证集汽油样品辛烷值(研究法和马达法测定).所建定量模型对验证集样品预测结果的绝对误差:研究法辛烷值不超过0.7个单位,马达法辛烷值不超过0.5个单位.并对介电谱技术的相关关键技术问题进行了讨论分析.研究结果表明:介电谱技术作为一种新的汽油辛烷值快速测定方法可行并具有较好的应用前景.     

红外光谱结合偏最小二乘法快速测定在用航空润滑油中磷酸三甲酚酯

采用基础油标准曲线法,建立了在用航空润滑油中抗磨剂磷酸三甲酚酯(TCP)含量与670～630cm-1范围内傅立叶变换红外光谱(FTIR)谱峰面积的定量线性关系,并以标准曲线的预测结果为基础数据,采用偏最小二乘法法(PLS)建立TCP含量的红外光谱快速定量分析模型。模型的相关系数为0.997,校正偏差为0.021。对随机抽取的某型在用航空润滑油样品进行预测并对预测结果进行配对t检验,平均相对误差低于3%,模型预测值与标准方法测定值没有显著性差异,模型具有良好的预测能力。研究结果表明:利用FTIR结合化学计量可以实现在用润滑油TCP的快速定量分析,实时监控润滑油质量。     

基于近红外光谱法的定量分析模型快速预测蕨菜中总黄酮的含量

采用近红外光谱法结合偏最小二乘法构建蕨菜中总黄酮含量的快速无损测定方法。取蕨菜样品140份,采用傅里叶变换近红外光谱仪采集4 000～11 500 cm^-1波段内近红外光谱,以一阶导数预处理原始光谱,设置主因子数为10,在6 100～7 500 cm^-1和5 400～6 000 cm^-1波段内建模。结果表明：校正集定量分析模型的校正均方根误差(RMSEC)为0.078,交叉验证决定系数(R²)为0.991 9;验证集定量分析模型的预测均方根误差(RMSEP)为0.125,R²为0.984 1,说明所建模型性能较优。分别以定量分析模型和紫外-可见(UV-Vis)分光光度法分析完全外部验证集样品,预测回收率(预测值和测定值比值的百分数)接近100%,说明所建模型的预测准确度较高,可用于蕨菜中总黄酮的快速、准确测定。     

基于机器学习方法的丙型肝炎病毒聚合酶NS5B非核苷抑制剂的定量构效关系研究

对89 个苯并异噻唑和苯并噻嗪类丙型肝炎病毒(HCV) NS5B聚合酶非核苷抑制剂进行了定量构效关系(QSAR)研究. 采用遗传算法组合偏最小二乘(GA-PLS)和线性逐步回归分析(LSRA)两种特征选择方法选择最优描述符子集, 然后建立多元线性回归和偏最小二乘线性回归模型. 并首次尝试使用遗传算法耦合支持向量机方法(GA-SVM)对两种特征选择方法所选的描述符子集分别建立非线性支持向量机回归模型. 三种机器学习方法所建模型均得到比较满意的预测效果. 采用LSRA所选的6 个描述符建立的三个QSAR模型对于测试集的相关系数为0.958-0.962, GA-SVM法给出最好的预测精度(0.962). 采用GA-PLS所选的7个描述符建立的三个QSAR模型对于测试集的相关系数为0.918-0.960, 偏最小二乘回归模型的结果最好(0.960). 本工作提供了一种有效的方法来预测丙型肝炎病毒抑制剂的生物活性, 该方法也可以扩展到其他类似的定量构效关系研究领域.     

基于氢核磁共振技术和化学计量学方法鉴别蜂蜜品种

利用氢核磁共振(~1H NMR)技术结合化学计量学方法对不同品种的蜂蜜进行鉴别。采集33个洋槐蜜、48个油菜蜜、63个荔枝蜜的核磁指纹图谱,对数据进行不同方式的预处理后,采用有监督的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)建立判别模型。结果表明,不同的数据预处理方式对模型解释能力和预测能力的影响较大,自标度化(UV)模式更适于蜂蜜核磁数据的分析。建立的OPLS-DA模型可有效地分离判别3种蜂蜜,所建模型对3种蜂蜜的判别解释能力达95.8%,对未知样本的预测能力为90.5%。因此,利用~1H NMR结合OPLS-DA方法可有效地实现不同品种蜂蜜的快速鉴别。     

一种新三维描述子用于Nevirapine类抗艾滋病药物定量构效关系的研究

运用三维全息原子场作用矢量(3D-HoVAIF)对33个Nevirapine类抗艾滋病药物进行了定量构效关系(QSAR)研究。采用偏最小二乘回归(PLSR)建立定量构效关系模型,同时采用内部及外部双重验证的方法对所得模型稳定性能进行深入分析和检验,所建模型的复相关系数(Rcum2)、留一法(LOO)交互校验(CV)复相关系数(Qcum2)和外部样本校验复相关系数(Qext2)分别为0·835、0·530和0·518。结果表明,3D-HoVAIF能较好表征Nevirapine类抗艾滋病药物分子结构信息,且所建模型具有较好稳定性能和预测能力。     

HLA-A*0201限制性CTL表位定量结构与活性研究

采用VHSE氨基酸结构描述子表征HLA-A*0201限制性表位结构, 以遗传算法和偏最小二乘相结合(GA-PLS)对102个训练集进行定量构效关系建模. 剔除3个异常样本后, 据候选模型交互检验及50个外部测试集预测结果, 筛选得到最优偏最小二乘模型(A＝2), 其R², Q²和 分别为0.755, 0.621和0.680. 构效研究显示: CTL表位活性主要与1, 2, 7, 8, 9位氨基酸残基疏水、1, 2位立体及6位残基电性等性质密切相关.     

拉曼光谱结合后向间隔偏最小二乘法用于调和汽油辛烷值定量分析

采用后向间隔偏最小二乘(Backward interval partial least squares,BiPLS)提取汽油拉曼光谱特征谱段,并用于研究法辛烷值(Research octane number,RON)的定量分析。实验中首先使用SPXY(Sample set partitioning based on joint x-y distances)方法划分训练集、交叉验证集和测试集,并采用稳健回归方法剔除异常的样本数据,再结合BiPLS方法筛选特征谱段,利用特征谱段建立偏最小二乘模型。与全谱段偏最小二乘模型的预测性能对比结果表明,后向间隔偏最小二乘方法可使输入模型的特征数据维数降低50.00%,交叉验证均方根误差(Root mean square error of cross validation,RMSECV)降低18.92%,预测均方根误差(Root mean square error of prediction,RMSEP)降低13.86%。后向间隔偏最小二乘方法可有效提取汽油拉曼光谱的特征谱段,降低模型复杂度,同时提高模型预测精度,在调和汽油研究法辛烷值定量分析方面有较好的应用前景。     

含氧化合物气相色谱保留指数的预测

通过对部分含氧化合物(醇、酯、醛、酮)在不同固定相不同柱温下的849个样本的气相色谱保留指数值(RI)与其部分参数:拓扑指数(mQ)、定位基参数(Sox)、固定液极性值(CP)及柱温(T)建立定量结构-色谱保留相关(QSRR)模型。分别利用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、人工神经网络(ANN)建模,同时采用内部及外部双重验证的办法对所得模型稳定性能进行深入分析和检验,建模计算值、留一法(LOO)交互检验(CV)预测值和外部样本预测值的复相关系数Rcum、QLOO和Rext分别为0.9832、0.9829和0.9836(MLR);0.9832、0.9830和0.9836(PLSR);0.9910、0.9909和0.9900(ANN)。结果表明:所建定量结构保留关系(QSRR)模型具有良好的稳定性和预测能力,较好地揭示了含氧化合物(醇、酯、醛、酮)在不同色谱条件下气相色谱保留指数的变化规律。     

激光诱导击穿光谱对U元素的定量分析

铀矿是核领域最重要的矿产资源之一,快速、有效勘探铀矿资源能促进核领域平稳、健康发展。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具备多目标元素现场快速检测的优点,能实现铀矿资源准确、快速的现场分析。本工作基于LIBS技术对铀矿中U元素进行了定量分析,对比了偏最小二乘(PLS)和随机森林(RF)两种机器学习算法的定量效果。结果显示,RF模型的定量线性相关系数为0.996,对三个验证集的相对误差分别是22.33%、12.79%和12.04%;PLS模型的定量线性相关系数为0.997,对三个验证集的相对误差分别是4.33%、6.63%和6.85%。对比结果表明,本研究中的PLS模型定量准确度更高,同RF算法相比,PLS算法更适用于铀矿中U的LIBS定量分析。     

烯烃气相色谱保留指数的QSRR研究

通过对184个烯烃类化合物在不同固定相不同柱温下的617个样本的气相色谱保留指数值(RI)与其部分参数:拓扑指数(mQ)、偶极矩(DPL)、固定液极性值(CP)及柱温(T)建立定量-色谱保留相关(QSRR)模型.分别利用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、人工神经网络(ANN)建模,同时采用内部及外部双重验证的办法对所得模型稳定性能进行深入分析和检验,建模计算值、留一法(LOO)交互检验(CV)预测值和外部样本的复相关系数Rcum,QLOO和Rext分别为0.999 2,0.998 4和0.999 2(MLR);0.999 0,0.998 0和0.999 1(PLSR);0.999 4,0.998 7和0.999 2(ANN).结果表明:所建定量结构保留关系(QSRR)模型具有良好的稳定性和预测能力,较好地揭示了烯烃类化合物在不同固定相不同柱温上气相色谱保留指数的变化规律.     

近红外光谱法快速测定溶剂型木器涂料中甲苯、乙苯和二甲苯

建立了使用近红外光谱法(NIR)快速测定溶剂型木器涂料中甲苯、乙苯和二甲苯的方法。收集涂料样品,使用气相色谱法(GC)测定苯系物含量。采用聚乙烯密实袋封装聚氨酯类、硝基类或醇酸类涂料,应用积分球透漫射采样方式采集清漆和漫射采样方式采集色漆的近红外光谱。采用偏最小二乘法,分别建立清漆和色漆的近红外光谱与苯系物线性关系模型。校正集均方差在0.43%~1.32%之间、相关系数R在0.9046~0.9766之间。验证集均方差在0.591%~1.73%之间。对未知样品预测,清漆样品预测值相对偏差<15%;色漆样品预测值相对偏差<20%。两个定量模型预测效果良好。该2个NIR定量方法适用于对溶剂型木器涂料中甲苯、乙苯和二甲苯含量进行快速测定。