一种基于卷积神经网络的恒星光谱快速分类法

摘要：

恒星光谱数据的分类是天体光谱自动识别的最基本任务之一,光谱分类的研究能够为恒星的演化提供线索.随着科技的发展,天文数据也向大数据时代迈进,需要处理的恒星光谱数量越来越多,如何对其进行自动而精准地分类成为了天文学家要解决的难题之一.当前恒星光谱自动分类问题的解决方法相对较少,为此本文使用了一种基于卷积神经网络的方法对恒星光谱MK系统进行分类.该网络由数据输入层、四个卷积层、四个池化层、全连接层、输出层构成,与传统网络相比具有局部感知、参数共享等优点实验.在Python3. 5的环境下编程,利用Tensorflow构建了一个简单高效的具有四个卷积层的卷积神经网络,并将Dropout作用于全连接层之后以防止过度拟合.Dropout的基本思想:当网络模型进行训练时,把一些神经网络节点按一定的比例丢弃,使其暂时不发挥作用.Dropout可以理解成是一种十分高效的神经网络模型平均方法,由于它不依赖于某些局部特征所以能够让网络模型更加鲁棒.实验中使用的一维恒星光谱图是取自LAMOST DR3数据库,首先进行预处理截取光谱3 600～7 300 ?的部分,均匀采样后使用min-max标准化法对其进行初始化.实验包括两部分:第一部分为依据恒星光谱MK系统对光谱进行分类,每一类的训练样本包含1 000条光谱数据,测试样本为400条光谱数据,首先通过训练样本对CNN网络进行训练,进行3 000次的迭代,用训练后的网络将测试样本进行分类以验证网络的准确性;第二部分为相邻两类的恒星光谱的分类,其中O型星数据集样本为250条光谱,其余类别恒星样本数据集均为4 000条光谱,将数据5等分,每次选取当中的一份当作测试集,其余部分当作训练集,采用5折交叉验证法求得模型准确率,用BP神经网络进行对比实验.选择对网络模型进行评估的指标包括精确率 P、召回率 R、F-score、准确率 A .实验结果显示CNN在对六类恒星光谱进行分类时其准确率都在95% 以上,在对相邻类别的恒星进行分类时,由于O型星样本量较少,所以得到的分类结果不太理想,对其余类别的恒星分类准确率都高于98%,以上结果都证明了CNN算法能够很好地解决恒星光谱的分类问题.

关键词：恒星光谱数据、自动分类、CNN、5折交叉验证

所属期刊栏目：39

分类号：P157.2(恒星天文学、星系天文学、宇宙学)

资助基金：国家自然科学基金委员会-中国科学院天文联合基金项目U1531242 ,河北省科技支撑计划15212105D ,天津市企业科技特派员项目18JCTPJC54300

在线出版日期：2019-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：3297-3301