基于相关分析与最小二乘支持向量机的TE过程多模型建模

针对TE化工过程高度非线性、复杂性的特点,文章提出了一种基于相关分析和最小二乘支持向量机对TE过程进行多模型建模方法,以提高模型性能;首先对TE过程采用相关分析法划分为3个子系统,对每个子系统分别采用基于C-均值聚类的最小二乘支持向量机建模和基于K均值聚类的最小二乘支持向量机多模型建模;实验表明,基于K均值聚类的多模型建模能简化计算、提高模型精度、并且能更好的预测模型输出。     

红外光谱结合最小二乘支持向量机掺杂牛奶判别方法研究

基于红外光谱和最小二乘支持向量机建立掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型。分别配置含有葡萄糖牛奶(0.01~0.3gL-1)和三聚氰胺牛奶(0.01~0.3gL-1)样品各36个,采集纯牛奶及掺杂牛奶样品的红外光谱。采用最小二乘支持向量机分别建立掺杂葡萄糖、掺杂三聚氰胺、两种掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型,并利用这些模型对未知样品进行判别,其判别正确率都为95.8%。研究结果表明:与线性的偏最小二乘判别建模方法相比,最小二乘支持向量机方法具有更强的预测能力。     

基于多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌建模及其实时在线预测

提出了多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌系统建模方法. 通过不同核函数的线性加权组合构造新的等价核,降低建模精度对核函数及其参数选择的依赖性. 理论上给出多核最小二乘支持向量机回归参数和模型输出值的求解方法. 采用关联积分计算方法对永磁同步电机混沌系统进行相空间重构,以窗式移动的在线学习方式对重构后的永磁同步电机混沌序列进行一步和多步实时在线预测,并讨论了不同测量噪声对该方法的影响. 仿真结果表明,该方法能有效提高永磁同步电机混沌系统的建模精度,具有良好的抗噪能力. 关键词： 永磁同步电机 多核学习 最小二乘支持向量机 混沌预测     

基于改进ABC的LSSVM氧化还原电位预测研究

针对氧化还原电位对于生物氧化提金预处理过程的控制和优化具有重要作用,提出了一种基于改进的ABC算法优化最小二乘支持向量机的预测方法。该算法是在标准人工蜂群算法的基础上,通过引入欧氏距离,使得在一定邻域内观察蜂采用不同于雇佣蜂的搜索策略。采用改进的ABC算法优化最小二乘支持向量机的参数,取得最优解并赋予最小二乘支持向量机进行预测。以新疆某金矿的生产数据进行仿真研究,结果表明：基于改进的ABC算法优化的最小二乘支持向量机具有较高的预测精度,该方法能使模型取得较好的预测效果。     

SPA-LS-SVM检测土壤有机质和速效钾研究

应用可见/短波近红外光谱分析测量土壤有机质和速效钾含量。光谱预处理包括平滑,标准归一化,多元散射校正和平滑结合一阶导数,以消除系统噪声和外部干扰,分别应用偏最小二乘和最小二乘支持向量机方法建立校正模型,模型的输入为基于连续投影算法得到的特征波长。比较显示基于连续投影算法得到的特征波长为输入的最小二乘支持向量机优于偏最小二乘法建模。模型评价指标由相关系数和预测均方误差表示。有机质的相关系数和预测均方误差分别0.860 2和2.98,速效钾为0.730 5和15.78。表明基于连续投影算法可见/短波近红外光谱利用最小二乘支持向量机建模,可以作为一个精确的土壤有机质和速效钾的测定方法。     

温室黄瓜病虫害的叶绿素荧光光谱分析

基于叶绿素荧光光谱分析技术,从光谱形态角度出发确定了波长685 nm作为健康与病虫害叶片分析的第一特征点,采用简单波段自相关选择与主成分分析方法相结合实现对光谱的降维处理,并在保持光谱信息达到99.999%的前提下将主成分因子个数由10降为5。对比分析了偏最小二乘回归、BP神经网络和最小二乘支持向量机回归三种建模方法,以真实值与模型预测值的相关系数作为评价标准,最终确定最小二乘支持向量机为温室黄瓜病虫害叶绿素荧光光谱分析的一种较为适宜的建模方法。     

基于反馈和多最小二乘支持向量机的分数阶混沌系统控制

根据分数阶线性系统的稳定理论,将混沌系统分成稳定的线性部分和相应的非线性部分.设计主动控制器,对非线性部分进行补偿,从而将分数阶混沌系统控制到平衡点.为了提高主动控制器的补偿能力,提出基于反馈的多最小二乘支持向量机(M-LS-SVM)拟合模型.通过减聚类方法将输入空间划分为一些小的局部空间,在每个局部空间中用LS-SVM建立子模型.为解决子模型相互之间的严重相关问题,提高模型的精度和鲁棒性,各个子模型的预测输出通过主元递归(PCR)方法连接.仿真实验表明该方法有助于提高补偿精度和系统响应指标. 关键词： 分数阶 混沌系统 多最小二乘支持向量机 反馈     

基于粒子群优化的最小二乘支持向量机在混合气体定量分析中的应用

针对混合气体建模过程中最小二乘支持向量机参数难以确定及红外光谱数据计算量过大的问题,提出一种粒子群优化的最小二乘支持向量机方法,用于建立基于主成分分析特征提取的红外光谱多组分气体定量分析模型。首先对主吸收峰区域的550个红外光谱数据利用主成分分析技术进行了特征提取,将降维得到的7个特征值作为模型的输入变量从而有效地降低了计算量。混合气体主要由浓度范围分别是0.1%～1%的甲烷、乙烷及0.1%～1.5%的丙烷三种组分气体组成。采用最小二乘支持向量机技术分别建立了各组分气体的定量分析模型,利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机算法中的参数进行了优化选取,取代了传统的遍历优化方法,然后利用取得的最优参数重建定量分析模型。实验结果表明,采用此方法离线建模所用时间比采用遍历优化方法节省40倍以上,预测结果误差水平相当,满足实测要求。粒子群优化算法在全局优化及收敛速度方面具有较大优势。粒子群优化算法与最小二乘支持向量机技术相结合用于混合气体定量分析是切实可行的,具有一定的实际意义和应用价值。     

对比分析多种化学计量学方法在激光诱导击穿光谱土壤元素定量分析中的应用

为提高激光诱导击穿光谱技术对土壤元素检测的精度,建立了相关向量机土壤元素定量分析模型,并将该模型与已有的支持向量机模型和最小二乘支持向量机模型进行对比分析。以土壤元素Ni的4条特征谱线作为分析线,对其进行全谱归一化处理后,利用训练样品集建立相关向量机、支持向量机和最小二乘支持向量机模型。测试样品集的测试结果表明:在模型预测精度方面,支持向量机模型比另两种模型方法差;在稳定性方面,最小二乘支持向量机模型比另两种模型差。在实际应用中,相关向量机模型在稳定性及预测精度上的优势使其比另两个模型更适合用于激光诱导击穿光谱技术的定量分析中。     

黄酒糖度预测的可见-近红外光谱方法研究

提出了用可见近红外光谱结合不同化学计量学方法预测黄酒糖度的新方法。用240个黄酒样本建模,60个样本进行预测。通过对光谱数据进行平滑、变量标准化及一阶导数等预处理,建立并比较了偏最小二乘法,小波变换与偏最小二乘法相结合,主成分分析与人工神经网络相结合以及主成分分析与最小二乘支持向量机相结合四种不同建模方法的预测精度,以相关系数r、预测标准差、偏差等为评判标准,得到黄酒糖度预测的最优模型为最小二乘支持向量机模型。该模型对黄酒糖度预测的相关系数为0.962、预测标准差为0.021、偏差为-0.001,获得了理想的预测精度。结果表明应用可见近红外光谱对黄酒糖度进行预测是可行的,且最小二乘支持向量机模型能得到最优的预测结果。     

发酵过程混合建模与优化控制新方法

针对当前微生物发酵过程存在因为生物传感器不具备足够的准确性和灵敏性,实验时的菌液和产物浓度等生化指标难以实时监测和控制等缺点,提出了采用量子粒子群优化算法(QPSO)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)参数的QPSO-LSSVM混合建模新方法,并用于多粘菌素的发酵过程建模;同时,基于此模型,采用QPSO算法对pH值与溶解氧浓度Do控制轨线进行优化研究。首先,利用LSSVM进行发酵过程的建模,然后采用QPSO对LSSVM建模过程中的重要参数进行优化调整,形成QPSO-LSSVM混合建模与优化控制方法。仿真结果表明,该方法得到的模型能取得更好的预测效果,优化后的pH值与Do浓度控制轨线能够提高最终的产物浓度。该方法用于发酵过程的建模和重要参数的优化控制是可行的、有效的。     

新型可燃性气体报警仪的研制

介绍新型可燃性气体报警仪的设计,可用于对丙烷、丁烷、氢气及其他可燃性气体的检测,用于检测可燃气体爆炸性;采用C8051F020单片机,通过2M007型电阻式气敏传感器采集信号,经过放大电路放大,传入单片机,进行模数转换,采用算术平均滤波对数据过滤,再通过一系列的数据处理,显示可燃性气体浓度,通讯方式采用以sim300通讯模块的GPRS通讯的新型可燃性气体报警系统;软件设计采用C语言编程,灵活方便、具有强大的移植性;如空气中可燃性气体浓度超标,开始报警,显示屏上显示出大于阀值的可燃性气体浓度,且通过无线通讯使手机也正常收到了报警短信;该系统功能齐全,操作简便,具有很高的应用价值。     

拉曼光谱结合PSO-LSSVM算法检测三组分食用调和油含量

提出了一种将拉曼光谱和基于粒子群的最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)算法相结合快速定量检测三组分食用调和油含量的方法。以三组分的食用调和油为研究对象,对拉曼光谱分四步进行了预处理,进而准确提取拉曼光谱的特征峰强度。以训练集样本的特征峰强度和调和油样品的百分比含量作为回归预测模型的输入值和输出值,建立LSSVM和PSO-LSSVM数学模型,通过测试集样本的相关系数和均方误差对模型的预测能力进行分析。非线性建模的最小二乘支持向量机(LSSVM)算法的核函数参数σ和正则化参数γ对模型的学习和泛化能力影响很大,导致模型的预测精度和泛化能力过度依赖于参数--在优化步长过小时耗时较长,过大时又无法得到全局最优值。提出的PSO-LSSVM算法,利用粒子群全局优化能力和收敛速度快的特点对LSSVM的模型参数σ和γ进行优化,从而克服LSSVM算法中耗时与盲目性的问题。分析结果表明,PSO-LSSVM算法对三组分食用调和油中大豆油、花生油和葵花仁油定量预测模型的测试集相关系数分别为0.967 7,0.997 2,0.995 3;均方误差分别为0.054 9,0.009 2,0.047 1。与LSSVM算法相比,PSO-LSSVM模型的预测精度更高。因此,该方法可以快速、准确地检测三组分食用调和油的含量。     

最小二乘支持向量机和内标法的乐果农药含量LIBS检测

利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱 (LIBS)对溶液中的乐果含量进行定量检测。采用圆柱形桐木木片对农药乐果进行富集,然后利用双通道高精度光谱仪获取样本在206.28~481.77 nm波段范围的LIBS光谱。选用4条磷元素谱线(P Ⅰ 213.618 nm,P Ⅰ 214.91 nm,P Ⅰ 253.56 nm,P Ⅰ 255.325 nm)为分析线,碳元素谱线(C Ⅰ 247.856 nm)为内标线,应用单变量线性拟合及最小二乘支持向量机(LSSVM)方法分别建立溶液中乐果含量的单变量定标模型、LSSVM定标模型及基于内标法的LSSVM定标模型,并进行比较。三个定标模型中,基于内标法的LSSVM定标模型性能最优,LSSVM定标模型性能次之,而单变量定标模型性能最差。结果表明,共线双脉冲LIBS技术结合LSSVM及内标法可以用于溶液中的乐果含量定量检测,所建立的定标模型的决定系数为0.999 7,训练集和验证集的平均相对误差分别为11.24%及12.01%。LSSVM方法及内标法均能在一定程度上改善定标模型的性能,提高预测精度。     

卷积神经网络用于近红外光谱预测土壤含水率

近红外光谱分析技术在土壤含水率预测方面具有独特的优势,是一种便捷且有效的方法。卷积神经网络作为高性能的深度学习模型,能够从复杂光谱数据中自主提取有效特征结构进行学习,与传统的浅层学习模型相比具有更强的模型表达能力。将卷积神经网络用于近红外光谱预测土壤含水率,并提出了有效的卷积神经网络光谱回归建模方法,简化了光谱数据的预处理要求,且具有更高的光谱预测精度。首先对不同含水率下土壤样品的光谱反射率数据进行简单的预处理,通过主成分分析减少光谱数据量,并将处理后的光谱数据变换为二维光谱信息矩阵,以适应卷积神经网络特殊的学习结构。然后基于卷积神经网络算法,设置双层卷积和池化结构逐层提取光谱数据的内部特征信息,并采用局部连接和权值共享减少网络参数、提高泛化性能。通过试验优化网络结构和各项参数,最终获得针对土壤光谱数据的卷积神经网络土壤含水率预测模型,并与传统的BP,PLSR和LSSVM模型进行对比实验。结果表明在训练样本达到一定数量时,卷积神经网络的预测精度和回归拟合度均高于三种传统模型。在少量训练样本参与建模的情况下,模型预测表现高于BP神经网络,但略低于PLSR和LSSVM模型。随着参与训练样本量的增加,卷积神经网络的预测精度和回归拟合度也随之稳定提升,达到并显著优于传统模型水平。因此,卷积神经网络能够利用近红外光谱数据对土壤含水率做出有效预测,且在较多样本参与建模时取得更好效果。     

On the modeling of synchronized flow in cellular automaton models

In this paper,we further analyze our cellular automaton(CA)traffic flow model.By changing some parameters,the characteristics of our model can be significantly varied,ranging from the features of phase transitions to the number of traffic phases.We also review the other CA models based on Kerner’s three-phase traffic theory.By comparisons,we find that the core concepts for modeling the synchronized flow in these models are similar.Our model can be a good candidate for modeling the synchronized flow,since there is enough flexibility in our framework.     

Cellular Automata Model for Elastic Solid Material

The Cellular Automaton(CA) modeling and simulation of solid dynamics is a long-standing difficult problem.In this paper we present a new two-dimensional CA model for solid dynamics.In this model the solid body is represented by a set of white and black particles alternatively positioned in the x-and y-directions.The force acting on each particle is represented by the linear summation of relative displacements of the nearest-neighboring particles.The key technique in this new model is the construction of eight coefficient matrices.Theoretical and numerical analyses show that the present model can be mathematically described by a conservative system.So,it works for elastic material.In the continuum limit the CA model recovers the well-known Navier equation.The coefficient matrices are related to the shear module and Poisson ratio of the material body.Compared with previous CA model for solid body,this model realizes the natural coupling of deformations in the x-and y-directions.Consequently,the wave phenomena related to the Poisson ratio effects are successfully recovered.This work advances significantly the CA modeling and simulation in the field of computational solid dynamics.     

基于最优光谱指数的大豆叶片叶绿素含量反演模型研究

叶绿素含量的准确获取及预测可为作物种植的精准化管理提供理论依据。利用最优光谱指数建立大豆叶绿素含量反演模型,以大豆花芽分化期叶片为研究对象,获取高光谱和叶绿素含量数据。首先构建了7种与叶绿素含量相关的典型光谱指数,分别为比值指数（RI）、差值指数（DI）、归一化差值植被指数（NDVI）、修正简单比值指数（mSR）、修正归一化差值指数（mNDI）、土壤调节植被指数（SAVI）和三角形植被指数（TVI）,并对原始高光谱进行一阶微分（FD）处理,随后分别对原始和一阶微分高光谱在全光谱波长范围内两两组合所有波长,进行14个光谱指数的计算。再采用相关矩阵法进行最优光谱指数的提取,将所有波长组合计算出的光谱指数与叶绿素含量进行相关性分析,以相关系数最大值为指标,提取出14组最优的波长组合,并进行对应光谱指数值的计算作为最优光谱指数。最后将最优光谱指数划分为3组模型输入变量,分别与偏最小二乘回归（PLS）、最小二乘支持向量机回归（LSSVM）和套索算法LASSO回归3种方法组合建模并对比分析,以决定系数R2_c,R2_p和均方根误差RMSEC,RMSEP作为模型评价指标,最终优选出精度最高的大豆叶片绿素含量反演模型。结果表明：14组最优光谱指数波长组合分别为RI（728,727）,DI（735,732）,NDVI（728,727）,mSR（728,727）,mNDI（728,727）,SAVI（728,727）,TVI（1 007,708）,FDRI（727,708）,FDDI（727,788）,FDNDVI（726,705）,FDmSR（726,705）,FDmNDI（726,705）,FDSAVI（727,788）和FDTVI（760,698）,相关系数最大值r_max均大于0.8。建立最优模型的方法为输入变量为一阶微分光谱指数（组合2）与LSSVM组合的建模方法,所建模型的R2_c=0.751 8,R2_p=0.836 0,RMSEC=1.361 2,RMSEP=1.220 4,表明模型精度较高,可为大面积监测大豆的生长状态提供参考。     

近红外光谱法检测乙醇柴油主要性能指标

乙醇柴油是柴油替代品的一种,它的使用越来越广泛,乙醇柴油品质由许多指标决定,采用传统方法检测这些指标不仅价格昂贵而且耗时长。近红外光谱技术是一种廉价、快速实时在线检测乙醇柴油品质的有效方法。本文采用近红外光谱技术结合最小二乘支持向量机检测了乙醇柴油的密度、粘度和乙醇含量,比较了线性和非线性校正技术(主成分回归、偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机)对乙醇柴油品质的分析效果,同时也比较了不同预处理方法对预测模型能力的影响。实验结果表明,最小二乘支持向量机优于主成分回归和偏最小二乘回归模型,其对乙醇柴油密度、粘度、乙醇含量建模效果最优,相关系数分别是0.995 8、0.995 7和0.995 3;预测均方根误差分别为0.000 68、0.011 3和0.5714。