集成学习结合波长选取的有机物红外光谱定量回归方法研究

摘要：

研究集成学习方法在有机物红外光谱定量分析中的应用及特征波长选取方法对红外光谱集成学习建模效率和预测精度的影响.以柴油红外光谱的十六烷和总芳香烃含量为研究对象,首先采用极端随机森林(ERT)、线性核支持向量机(LinearSVM)、径向基核支持向量机(RBFSVM)和多项式核支持向量机(polySVM)作为基学习器,LinearSVM作为元学习器建立两层Stacking集成学习框架,分析比较单个基学习器与集成学习对柴油红外光谱的定量回归预测精度,与偏最小二乘(PLS)定量回归模型相比,Stacking集成学习模型对柴油光谱的两种有机物含量的预测精度均有提升,其中十六烷含量的ERT模型预测结果最优(r=0.848,RMSEP=1.603,RDP=2.627),总芳香烃含量的Stacking模型预测结果最优(r=0.991,RM-SEP=0.526,RDP=9.243);进一步利用组合偏最小二乘(SiPLS)和连续投影算法(SPA)对红外光谱进行特征波长选取,利用优选出的红外光谱特征波长建立集成学习定量回归模型,其中十六烷含量的SiPLS-ERT模型预测结果最优(r=0.893,RMSEP=1.013,RDP=3.051),芳香烃含量的SiPLS-Stacking模型预测结果最优(r=0.998,RMSEP=0.354,RDP=11.475),且模型平均训练时间较全光谱训练时间减少50％以上,建模速度明显提高.研究结果表明,特征波长结合集成学习定量回归建模能够用于有机物红外光谱的定量分析中,与传统定量回归方法相比,该方法的建模效率和预测精度均有较大提高,为进一步研究机器学习在光谱定量分析中的应用提供相关方法支持.

关键词：集成学习、定量回归、特征波长选取、有机物红外光谱

所属期刊栏目：43

分类号：TP181(自动化基础理论)

资助基金：国家自然科学基金;安徽省教育厅自然科学重点项目

在线出版日期：2023-02-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：239-247