偏最小二乘法和近红外光谱技术快速测定发酵黄芪茎叶中黄酮含量及抗氧化活性

试验测定发酵前、后黄芪茎叶黄酮含量和抗氧化活性,并应用近红外光谱技术(NIR)结合化学计量学法快速预测发酵黄芪茎叶黄酮含量,为定量检测发酵黄芪茎叶黄酮含量提供理论依据以及为黄芪茎叶深加工利用提供技术支持。试验采用硝酸铝-亚硝酸钠比色法测定发酵黄芪茎叶黄酮的含量,测定黄酮对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力和羟基自由基的清除能力,利用偏最小二乘方法构建发酵黄芪茎叶黄酮的快速预测模型。结果表明,发酵黄芪茎叶黄酮抗氧化能力强于发酵前,构建快速预测模型采用了二阶导数(SD)+正态变量变换(SNV)+去趋势算法(Detred)的方法对全谱图进行预处理的效果较好,优化后的模型决定系数(R^(2))、校正均方根误差(RMSEC)、校准标准差(SEC)分别为0.92、0.24、0.24,其相对分析误差(PRD)为3.46,外部验证R2为0.88。研究表明,构建的NIR模型校正和交互验证决定系数均较大,PRD均大于2,说明模型预测性能较好,建立的模型有助于检测发酵黄芪茎叶黄酮含量活性成分。

基于核偏最小二乘法的热轧板凸度预测

以某2160 mm热连轧生产线为研究对象,结合生产数据和数据驱动算法,提出并建立基于核偏最小二乘法和偏最小二乘法的热轧板凸度预测模型,并对模型的参数进行调整和优化。结果表明:偏最小二乘法模型的预测值与实测值误差为-25~30μm,88.74%的板凸度预测值绝对误差小于10μm;核偏最小二乘法模型的预测值与实测值误差为-25~25μm,91.57%的板凸度预测值绝对误差小于10μm。因此,优化后的核偏最小二乘法模型具有更好的预测效果。

正交偏最小二乘法探析大承气汤治疗急性胰腺炎多成分多药效关系

目的/意义分析大承气汤治疗急性胰腺炎实验数据,证实多成分多药效关系。方法/过程运用正交偏最小二乘法,分别探析配伍药味、煎煮液的药物成分、血液的药物成分与药效指标的关系。结果/结论配伍药味与药效指标之间、煎煮液的药物成分与药效指标之间、血液的药物成分与药效指标之间均存在一对多、多对一、多对多的作用关系。实验分析结果表明大承气汤治疗急性胰腺炎呈现多成分多药效的特点。

偏最小二乘法在激光诱导击穿光谱定量分析中的应用研究

介绍了激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术、主元分析(principal component an alysis,PCA)法和偏最小二乘(partial least squares,PLS)法的基本原理。对Pb元素特征谱线附近的36个维度进行主成分信息提取,对36维波长数据压缩到2维后,采用每个样品的20个脉冲的主元分数进行偏最小二乘拟合,对数据进行平均处理后,拟合结果质量较高,拟合系数平方的值从0.49810提高到0.97000;残差平方和从0.72529下降到1.36366*10^(-4)。PCA法可以有效的缩减具有一定相关性的样本数据空间,对于数据维度较大的数据处理能显著提升效率,再结合PLS法拟合压缩后的主元,实验结论得出PLS适合用于LIBS定量分析。

近红外光谱法结合偏最小二乘法预测生物柴油中甲醇的含量

生物柴油中甲醇的定量分析对其品质监控具有重要科学意义与实用价值,因此进行了题示研究。制作44个含不同体积分数甲醇的生物柴油样品,采集了相应的近红外光谱。采用Savitzky-Golay平滑滤波(SG)和标准正态变换(SNV)相结合的方法对原始光谱进行预处理,并采用协同区间偏最小二乘法(SIPLS)提取特征变量,确定在6270~6640 cm^(−1)和10900~11240 cm^(−1)波段内采用偏最小二乘法(PLS)建模。结果显示,所建SG-SNV-SIPLS-PLS模型的留一交叉验证决定系数R2 cv为0.9994,均方根误差RMSECV为0.0488,预测集决定系数R_(p)^(2)为0.9996,均方根误差RMSEP为0.0563,变量数为207,优于PLS模型以及单变量线性回归模型的。

短程硝化过程的光谱特征波段选择与间隔偏最小二乘法建模

序批式活性污泥反应器(SBR)是目前应用较广的活性污泥处理装置。通过SBR反应器处理人工模拟高氨氮废水研究短程硝化反应系统启动过程中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量的变化,利用紫外光谱采集所得数据为基础建立模型,以期快速预测SBR反应器出水中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮含量。采用实验室配置的不同浓度硝酸盐氮和亚硝酸盐氮混合溶液,以三种不同波段选择的区间偏最小二乘法(iPLS)构建标准混合液的校正模型。研究结果显示,所建模型对混合液中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮实测值与预测值相关性均较好。测定反应器出水指标,同样以三种不同波段选择的偏最小二乘法算法构建紫外光谱与硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量的模型。利用校正集相关系数、交叉验证均方根误差(RMSECV)、预测集的相关系数以及预测均方根误差(RMSEP)评价指标来评价模型结果。在iPLS、siPLS、biPLS三种模型中利用联合区间偏最小二乘法(siPLS)将全光谱分别等分为24、19个区间时,分别联合子区间[24]、[38]建立的模型预测拟合结果最优,其校正模型r=0.9393、RMSECV=1.6504,r=0.9507、RMSECV=0.4421,预测模型r=0.9992、RMSEP=1.3418,r=0.9119、RMSEP=2.6770。该模型对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的预测效果总体较好,表明利用紫外光谱建立区间偏最小二乘法模型可以实现对短程硝化反应器出水硝氮和亚硝氮含量的快速预测。

基于改进动态偏最小二乘法故障检测方法

目的 针对滚动轴承早期故障的特征信号微弱,在实际运转中由于数据具有时序相关性,使得滚动轴承早期阶段的故障特征提取难度增大等问题,提出一种基于深度分解理论的改进动态偏最小二乘法(DeepDPLS)的滚动轴承早期故障检测方法。方法 首先选择时滞参数使原始数据矩阵形成动态增广矩阵,确定深度分解的阶数;再应用深度分解理论得到分解生成的各个子空间;最后用偏最小二乘法(PLS)计算各个子空间的统计量和控制限,通过将每一个子空间的统计量与其对应的控制限进行比较来判别系统是否发生故障。结果 提出的DeepDPLS与PLS及其相关方法相比,极大地提高了滚动轴承的早期故障检测率;与DeepPLS相比,在一阶分解时故障检测率可达到100%,建立的模型更加精确,能更早地检测出滚动轴承的早期故障。结论 笔者提出的基于DeepDPLS的检测方法对于滚动轴承的早期故障检测是可行、有效的。

近红外光谱结合改进偏最小二乘法快速分析餐厨垃圾堆肥产物中腐殖酸含量

为快速检测餐厨垃圾堆肥样品腐殖酸含量,提出了基于近红外光谱分析技术测定腐殖酸含量的快速检测方法。利用近红外光谱仪采集堆肥样品的漫反射光谱,通过容量法测定腐殖酸含量,采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、滑动平均平滑(MA)、标准正态变量变换(SNV)、SNV+一阶导数(FD)+MA、SNV+二阶导数(SD)+MA、SNV+FD+SG和SNV+SD+SG等方法对原始光谱进行预处理,结合区间偏最小二乘法(iPLS)、反向区间偏最小二乘法(biPLS)和联合区间偏最小二乘法(siPLS),优选光谱特征波段,建立腐殖酸含量分析模型。结果表明,采用SNV+FD+SG预处理结合siPLS提取的光谱特征波段(4389~4775、7583~7976 cm^(-1)),建立的siPLS模型预测效果最佳,建模集的交互验证均方根误差(RMSECV)和校正相关系数(Rc)分别为0.4231、0.9678,验证集的预测均方根误差(RMSEP)和预测相关系数(Rp)分别为0.5732、0.9324。利用近红外光谱结合siPLS可准确快速检测餐厨垃圾堆肥样品腐殖酸含量,为快速检测和表征有机废弃物堆肥样品腐殖酸含量提供改进参考。

基于偏最小二乘法的手机贴膜红外光谱特征分析

为了建立一种快速无损的手机贴膜检验的分析方法,采用傅立叶变换红外光谱仪对65个手机贴膜样品进行检验。对原始数据进行标准化处理,然后计算二阶导数,最后结合偏最小二乘法降低二阶求导数据的维度。使用聚类分析对样本进行分类,并使用人工神经网络进行分析和预测。结果显示,65个手机贴膜在人工神经网络的训练集和测试集中的正确率均达到97.9%。该方法方便快捷,对样品无损且用量少,为手机贴膜的分类提供有力的支持。

不同偏最小二乘法的近红外光谱技术测定大米中水分的研究

通过近红外光谱法对大米中含水量进行分析,运用Kennard-Stone法对校正集及预测集样本进行选取,利用Range Normalization法、二阶导数和多元散射校正加一阶导数法,分别对近红外光谱进行预处理优化,并采用偏最小二乘法(PLS)、组合区间偏最小二乘法(SiPLS)和移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)分别建立了定标模型。结果显示,相较于全谱建模,2种变量优选方法都能在有效减少建模所用的变量数,同时提高模型性能。其中采用MWPLS优选变量所建的大米水分定量模型的性能最优,决定系数为0.9525,校正集均方根误差为0.4093。利用40个验证集样本对定标模型进行了验证和配对t检验,预测相关系数达0.9617,相对分析误差为3.64,模型预测值与标准方法测定值没有显著性差异,说明模型具有良好的预测能力。基于MWPLS的近红外光谱技术能够实现大米中水分含量的快速检测。

基于偏最小二乘法的学生成绩预测研究

成绩预测已经成为提高教学质量的重要手段之一。目前多数成绩预测方法都是单一的考虑课程成绩,而忽略了各门课程之间的相关性。考虑到课程之间的相互支撑关系,提出了基于偏最小二乘法的成绩预测方法,在传统成绩预测方法的基础上进一步充分考虑课程之间的相关性。为验证算法性能,以某校信息与计算科学专业的学生成绩为研究对象对算法进行了验证。实验结果表明,基于偏最小二乘法的成绩预测方法具有更低的预测误差,并且因其受训练样本数量影响较小,更易于泛化推广。

基于2维偏最小二乘法的图像局部特征提取及其在面部表情识别中的应用

为了更有效地提取图像的局部特征,提出了一种基于2维偏最小二乘法(two-dimensional partial leastsquare,2DPLS)的图像局部特征提取方法,并将其应用于面部表情识别中。该方法首先利用局部二元模式(localbinary pattern,LBP)算子提取一幅图像中所有子块的纹理特征,并将其组合成局部纹理特征矩阵。由于样本图像被转化为局部纹理特征矩阵,因此可将传统PLS方法推广为2DPLS方法,用来提取其中的判别信息。2DPLS方法通过对类成员关系矩阵的构造进行相应的修改,使其适应样本的矩阵形式,并能体现出人脸局部信息重要性的差异。同时,对于类成员关系协方差矩阵的奇异性问题,也推导出了其广义逆的解析解。基于JAFFE人脸表情库的实验结果表明,该方法不但可以有效地提取图像局部特征,并能取得良好的表情识别效果。

基于偏最小二乘法对水库pH值预测与应用

根据水库中藻类数量和pH值数据,基于偏最小二乘法对影响pH值变化的5个因素进行建模分析,结果表明,各藻类数量对pH值的影响程度不同,小球藻>小环藻>辐节藻>骨条藻>范式冠盘藻。通过实测数据验证,偏最小二乘法回归模型的拟合能达到满意的效果,预测pH值与实测对比,模型可以很好地表征赫章公鸡寨水库中藻类对pH值的影响趋势,但是不能精确地预测实测值,这主要的原因可能是影响pH值变化的因素还有很多,比如水温、溶解氧、浊度、高锰酸盐指数、年降雨量等。

血糖近红外光谱分析的Savitzky-Golay平滑模式与偏最小二乘法因子数的联合优选

利用偏最小二乘法(PLS)和光谱Savitzky-Golay(SG)平滑方法,建立血清葡萄糖近红外光谱分析的优化模型。基于最优单波数模型的预测效果,提出划分校正集和验证集的一种新方法。采用10000～5300cm-1和4920～4160cm-1的组合波段,光谱经过SG平滑处理,利用PLS方法建立定标预测模型。将平滑点数扩充为5,7,…,87(奇数),多项式次数扩充为n=2,3,4,5,6,得到包含582个平滑模式的14个平滑系数表。对所有平滑模式和PLS因子数(1～40)分别建立PLS模型。按照预测效果进行优选,得到最优SG平滑模式为1阶导数平滑,3、4次多项式类型,SG平滑点数为53,最优PLS因子数为7,最优RMSEP达到0.376mmol/L。所采用的划分校正集和验证集的方法、SG平滑模式的扩充、SG平滑模式和PLS因子数的联合大范围筛选能够有效地应用于近红外光谱分析的模型优化。

基于激光诱导击穿光谱的合金钢组分偏最小二乘法定量分析

在炼钢中合金浓度的检测和控制对产品质量影响很大,激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术具有快速、非接触、无需制样等特点,非常适合应用于合金成分的在线分析。但是由于合金中的C,S,P元素的成分含量都很低,其原子发射谱线极易淹没在复杂的铁元素特征谱线之中,造成这些重要元素在线定量分析困难。以合金钢标准光谱样品为研究对象,获取激光诱导击穿光谱数据,采用定标曲线法(calibration curve,CC)和偏最小二乘法(partial least squares,PLS),对合金钢样品的主量和微量元素进行定量分析。比较两种方法的定标结果得出:对于主量元素,PLS方法的定量分析水平优于传统的CC法;更重要的是对于微量元素,由于特征谱线极弱,CC法无法得出定量结果,而PLS法仍然具有良好的定量分析能力。同时,将PLS法回归模型特征谱线处的回归系数与原始有背景干扰的光谱强度数据进行比较,阐述了LIBS数据定量分析中PLS方法的优势。结果表明,在激光诱导击穿光谱合金成分分析中,PLS方法适合用于C等微量元素的定量分析。

羊肉嫩度傅里叶变换近红外光谱偏最小二乘法定量分析研究

以从内蒙、宁夏、甘肃、新疆4个肉羊产区筛选的有代表性的98份羊肉样品为试材,应用傅里叶变换近红外光谱技术探讨了羊肉嫩度无损检测的方法。以模型决定系数(r2)、校正标准差(RMSECV)和预测标准差(RMSEP)为模型精度评价指标,采用偏最小二乘法(PLS)对近红外光谱信息与样品的质构仪剪切力值进行了拟合,确定了最佳的光谱预处理方法、主成分数和波段范围。结果表明:所选98个羊肉样品的剪切力值分布范围为1.673～6.631 kg,其中75%以上的样品剪切力值在2～5 kg,基本覆盖了我国现有的肉羊嫩度值分布;在11 995～5 446 cm-1和4 601～4 246 cm-1的波段范围内,最佳主成分数为10,光谱经矢量归一法处理后,建立的羊肉嫩度模型精度最高,r2达到86.2%,RMSECV为0.445;用此模型对预测集29个样品进行预测,预测值与实测值的相关系数r达到0.87,预测平均偏差为0.385,RMSEP为0.524。

基于复数域偏最小二乘法与等值法的多谐波源责任划分

基于线性回归的谐波阻抗估算方法是常用的谐波阻抗估算方法之一。为确保谐波阻抗估算结果实部与虚部良好的相关性,基于混合建模思想,通过构建复数域偏最小二乘法的准则函数,给出了单因变量复数域偏最小二乘法的严格数学推导及简化求解过程。针对公共连接点处多谐波源情形,基于实测录波数据,通过分析各馈线电流波动量之间的关系,构建了用于筛选关注谐波源谐波电压和电流线性良好数据的指标因子;进而利用复数域偏最小二乘法估算相应的等值谐波阻抗;最终根据所提等值法实现各谐波源责任的定量划分。通过仿真及实测算例验证,体现了所提方法的可行性及有效性。

基于偏最小二乘法的巢湖悬浮物浓度反演

悬浮物浓度是水质评价的重要参数.对2009年6月巢湖实测的高光谱数据进行小波变换以去除数据冗余,减少建模时间.考虑到不同的小波基函数和分解尺度对数据压缩的影响,采用3个指标作为评价标准,最终选择小波基函数为Db4,分解尺度为4的小波变换,经小波变换后,原来的451个波段的光谱数据压缩为34个特征变量.利用小波变换后的光谱数据建立了悬浮物浓度反演的偏最小二乘法(PLS)模型,其中20个样本用于建模,9个样本用于验证,结果表明:当主成分个数为3时,PLS模型具有最佳的效果,此时模型的R2为0.93,R2(pred)为0.89,PRESS为3.29,3个主成分累积解释了98.60%的自变量信息和92.37%的因变量信息.此外,PLS模型能够充分利用高光谱数据信息,具有较高的精度和稳定性(R2=0.93,RMSE=4.77mg/L,MAPE=9.02%).通过与单波段模型、光谱一阶微分模型及波段比值模型的对比分析得出,PLS模型无论是从建模样本精度还是验证样本的误差方面均高于传统的经验模型,适合于利用高光谱数据进行悬浮物浓度的反演.

基于遗传算法和偏最小二乘法的土壤激光诱导击穿光谱定量分析研究

在空气环境下,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对土壤成分进行检测,建立了基于遗传算法(GA)和偏最小二乘法(PLS)的定量分析模型。将配制的58个土壤样品分为定标集、监控集和预测集,对11种组分Mn,Cr,Cu,Pb,Ba,Al2O3,Ca O,Fe2O3,Mg O,Na2O和K2O的含量分别进行预测。结果表明,GA作为一种谱线选择的预处理方法,可以有效减少用于PLS建模的光谱谱线的数目,从而简化模型。对于土壤中的大部分组成成分,GA-PLS模型能够显著改善传统PLS模型的预测能力。以Mn元素为例,浓度预测均方根误差(RMSEP)从0.0215%降低至0.0167%,平均百分比误差(MPE)从8.10%降低至5.20%。本研究为进一步提高土壤的LIBS定量分析准确度提供了方法参考。

用偏最小二乘法及傅立叶变换近红外光谱快速检测白酒酒精度

为了得到白酒工业中酒精度的快速检测技术,将偏最小二乘法与傅立叶变换近红外光谱相结合,通过解析白酒样品的近红外光谱图和对光谱进行不同的预处理,结果表明:用最大最小归一化法预处理光谱,光谱范围选择9747.1-7498.3 cm-1和6102-5446.3 cm-1,采用内部交叉验证建立模型,决定系数(R2)为99.99%,交互验证均方根差(RMSECV)为0.165%,主成分数为4,此条件下建模效果较好;模型进行验证结果表明预测集相关系数(R2)为99.80%,预测标准偏差(RMSEP)为0.264%,模型的预测效果很好,具有较高的精密度和良好的稳定性,能满足生产中白酒酒精度的快速检测要求。