随机森林结合CatBoost的近红外光谱药品鉴别

药品质量关乎人民健康和国家命脉,随着社会经济的飞速发展对药品质量的快速、有效鉴别具有极其重要的作用。光谱分析技术具有较高的准确性、较快的分析速度且对样品不存在污染等突出优点,广泛应用在化工、石油以及医药等重要的领域。为了解决传统药品鉴别模型存在的鉴别精度低、鉴别速度不能满足实际需求且鉴别模型稳定性差的问题,采用光谱仪采集药品的近红外光谱数据达到对药品无污染鉴别的目的。结合随机森林和CatBoost对药品进行分类鉴别,以实现快速且准确的鉴别。首先采用随机森林（RF）对光谱仪采集的光谱数据进行有效特征波长的筛选,从而将药品光谱数据中的无关波长去除、筛选出最能表征样品属性的特征波长,然后以极限学习机（ELM）作为CatBoost的弱分类器分析筛选的特征波长对药品的属性鉴别。由于ELM仅只含有一个隐含层且无需多次迭代寻优保证了鉴别模型运行速度更快,CatBoost通过集成弱分类器以改善模型鉴别准确性。为对所提出的药品鉴别模型性能进行有效评估,采用随机抽取训练集的方式构造不同规模药品光谱数据并分别上进行独立实验且以10次运行结果的均值作为其最终结果,并通过与CatBoost、持向量机（SVM）、反向传播网络（BP）、ELM、波形叠加极限学习机（SWELM）和Boosting进行对比,进一步对模型的性能进行评估。从不同规模训练集的分类结果可看出,随着训练集样本的增加分类精度最高为100%且预测标准偏差趋于0。实验结果表明,所建立RF-CatBoost鉴别模型在不同规模的药品数据集上较对比方法具有更高的分类准确率、更快的速度且其鲁棒性更强,能够广泛应用于药品类别的准确鉴别,从而实现药品质量的有效监督。     

基于最小角回归结合一元线性直接校正法的近红外光谱模型传递方法

针对近红外光谱分析技术中模型通用性较差的问题,提出了一种新的模型传递方法——最小角回归结合一元线性直接校正法(Least angle regression combined simple linear regression direct standardization,LARSLRDS)。该方法首先采用小波变换对样品光谱数据进行预处理,然后利用LAR实现样品全谱区光谱特征波长点的筛选,最后利用SLRDS对筛选出来的变量进行校正。采用汽油和药品样本的近红外光谱数据验证LAR-SLRDS性能,汽油数据集C7、C8、C9和C10成分的光谱差异为0. 002 8、0. 002 7、0. 002 6和0. 002 7,预测标准差为0. 410 6、0. 849 2、1. 034 9和1. 215 8;药品数据集活性、硬度和重量成分的光谱差异为0. 030 0、0. 031 8和0. 033 6,预测标准差为1. 933 8、0. 440 2和2. 130 9。结果表明,LAR-SLRDS算法不仅能够消除主、从仪器光谱之间存在的差异,实现模型传递,而且能够提高PLS定量模型的准确性和稳定性,具有广泛的应用潜力。     

基于RF_AdaBoost模型的血液种属鉴别算法

针对人类和非人类血液种属鉴别对无损、 高效分析方法的需求, 结合随机森林(Random Forest)和AdaBoost(Adaptive Boosting Algorithm)算法, 提出了一种血液种属鉴别方法(RF_AdaBoost). 该方法将RF作为AdaBoost的弱分类器, 以达到提高模型鉴别准确度, 增强模型鲁棒性的目的. 采用RF、 支持向量机(SVM)、 极限学习机(ELM)、 核极限学习机(KELM)、 堆栈自编码网络(SAE)、 反向传播网络(BP)、 主成分分析-线性判别法(PCA-LDA)及偏最小二乘判别分析(PLS-DA)与RF_AdaBoost模型进行对比, 以不同规模血液拉曼光谱数据训练集进行鉴别实验评估其性能. 结果表明, 随着训练样本的增加, RF_AdaBoost鉴别准确度最高达100%, 预测标准偏差趋于0. 与其它模型相比, RF_AdaBoost具有较高的分类准确度及较强的稳定性, 为血液种属的鉴别工作提供了新方法.     

最小角回归结合核极限学习机的近红外光谱对柑橘黄龙病的鉴别

传统的柑橘黄龙病检测方法存在准确度低、稳定性差等问题,该文提出了一种基于最小角回归结合核极限学习机(Least angle regression combined with kernel extreme learning machine,LAR-KELM_((RBF)))的近红外柑橘黄龙病鉴别方法。该方法将光谱数据通过小波变换进行预处理,然后用最小角回归(LAR)算法进行光谱波长的筛选,最后通过核极限学习机(KELM_((RBF)))实现样本的分类。实验采用柑橘叶片的近红外光谱数据,验证了LAR-KELM_((RBF))算法的性能,其分类准确度最高为99.91%,标准偏差为0.11。不同规模训练集的实验结果表明,LAR-KELM_((RBF))模型较极限学习机(ELM)、波形叠加极限学习机(SWELM)、反向传播神经网络(BP_((2层)))、KELM_((RBF))和支持向量机(SVM)模型分类准确度高、稳定性强,能够广泛应用于柑橘黄龙病的检测鉴别。