CR-WPCA:一种针对高维小样本数据集的加权主成分分析方法

主成分分析(PCA)是典型的特征提取和数据降维方法,但在高维小样本数据集的处理中,容易出现维度灾难、计算复杂度高以及过拟合等问题.针对此问题,提出了改进的CR-WPCA方法,对样本矩阵进行方差加权,使用Chebyshev矩阵作为协方差矩阵,经Householder正交化后,利用Rayleigh-Ritz过程计算特征值.对新方法进行了Monte Carlo模拟实验并在6个公共数据集上评估了CR-WPCA方法的性能.在三个自然光数据集上,通过应用CR-WPCA方法获得的重构误差平均值达到了1.160 3;在三个高光谱数据集上,结合四种分类器应用CR-WPCA方法的分类准确率平均值为0.88.

基于主成分分析和聚类分析的李子果实品质综合评价

为了解不同品种李子的品质特性,本文选取12个品种李子作为研究对象,分别从外观、理化及糖酸组成等方面对果实品质进行了对比分析,同时采用主成分分析和聚类分析对李子品质性状进行综合评价。结果表明,不同品种李子外观、理化和糖酸组成等指标均表现出丰富的多样性。糖酸组成、色泽、单果重、果实密度和果形指数等是评价李子综合品质的关键性指标。12个品种中‘紫皇’(ZH)‘圣雪珀’(SXP)‘爱丽丝’(ALS)‘香李’(XL)‘香甜李’(XTL)5个品种综合评分为正值,品质较好。其中,ZH和SXP品质特征为出汁率、可溶性固形物、总糖含量及色泽品质高;ALS品质特征为总糖、总甜度、甜酸比和糖酸比最高;XL和XTL品质特征为可溶性固形物含量、糖酸比、甜酸比高,但出汁率低。该研究结果可作为不同用途李子品种筛选的重要参考依据。

玉米籽粒后熟品质性状主成分分析与综合评价

为科学评价玉米在后熟阶段籽粒的生理特征和营养品质,对郑单958(Zd958)和先玉335(Xy335)两个品种玉米籽粒在后熟过程中的14个生理生化和品质性状指标,包括水分含量与状态、呼吸速率、可溶性糖含量、α-淀粉酶活性、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、己糖激酶活性、异柠檬酸脱氢酶活性、脂肪酸值、淀粉含量、千粒质量和快消化淀粉含量变化进行分析与综合评价。结果表明,玉米籽粒在后熟过程中的品质性状变化存在显著差异(P<0.05)。运用主成分分析法对玉米籽粒后熟品质性状进行综合评价,提取出不耐储因子、产量因子和消化特征因子3个主成分。3个主成分的贡献率分别为53.436%、18.466%和12.857%,累计贡献率为84.759%。根据综合分析F值变化规律,可以对玉米的后熟品质与后熟时间进行判定。新收获玉米Zd958和Xy335的后熟时间分别为50、30d。本研究结果可以为新玉米后熟品质的判定及玉米的加工利用提供参考。

基于主成分及聚类分析的药用菊花品种产量与品质综合评价

为防止品种混杂,筛选药用或茶用菊花的专用品种,以不同产地来源的8个药用菊花品种16个样品为试材,采用超高效液相色谱法和比色法测定不同产地药用菊花的品质成分含量;并基于主成分分析和聚类分析,对不同产地药用菊花品种产量与品质进行综合评价。结果表明,不同产地药用菊花品种单株花头数变异系数(39.03%)最大,是构成药用菊花单株花头干重的主要因素(r=0.800),以枣庄红心菊单株花头数(496.50)最多、单株花头干重最高;绿原酸、3,5-O-二咖啡酰基奎宁酸和总黄酮等药效成分在不同来源的样本中差异显著(P<0.05),上述三种成分在滁州产滁菊中相对含量较高,分别为3.75%、8.07%、16.08%,这与其品质成分综合评价结果一致,说明滁州滁菊药效较优。13个性状指标的主成分分析提取出药效因子、高产因子、总黄酮因子和花径因子4个主成分,其累计贡献率为84.34%;综合评价得分排在前3位的依次为枣庄引种的红心菊、早小洋菊、滁菊。结合聚类分析结果,判定在原产地,滁州滁菊适于药用;在枣庄引种地,红心菊为优选的高产品种,早小洋菊为综合品质优良的品种。通过建立药用菊花品种产量和品质的综合评价体系,可为我国药茶两用菊花新品种的引种筛选和药食同源利用提供理论依据。

基于主成分分析的河南省不同地方品种猪肉品质分析

本文研究了河南省不同地方品种猪肉品质,并通过主成分分析建立地方猪肉品质评价模型,为地方猪肉品质评价提供借鉴。试验选择1个三元杂交品种(对照)、2个地方培育品种和3个河南省地方品种共计66头进行屠宰,测定11项肉质指标,采用相关性分析和主成分分析法进行综合评价。结果表明:地方品种猪肉具有肌内脂肪含量高、粗蛋白质含量高、感官品质好的特性,与三元白猪对比,其粗蛋白质含量、L值、肉色评分等肉质指标差异显著,且不同地方品种肉质存在一定差异。通过主成分分析法从11个指标中提取了5个主成分,主成分的累计贡献率达到74.88%,概括为营养因子、感官因子和保水性因子;其中肌内脂肪、24 h大理石纹评分、L_(24 h)值、L_(45 min)值、滴水损失等5个指标为评价猪肉品质的关键指标;根据因子得分和权重构建河南省地方猪肉品质指标评价模型:Y=0.241Y1+0.193Y2+0.129Y3+0.105Y4+0.079Y5,综合评价地方猪F品种(项城猪)得分最高,肉质最好。

主成分分析法在山东上部烟质量评价中的应用

本研究旨在运用主成分分析法对山东地区上部烟叶的质量进行综合评价,以便为该地区烤烟质量的准确评估提供科学依据。研究以山东10个主要植烟县2020年和2021年间105份B2F等级烟叶样品为材料,通过应用标准化法和主成分分析法对这些烟叶样品的物理特性和化学成分指标进行归类处理,并对各植烟县样品的上部烟叶质量进行分类。研究发现,单叶重与叶长和叶宽、叶片密度与叶片厚度、总糖与还原糖、烟碱与氮间极显著正相关,且主成分特征向量一致,可分别归为一类指标。根据物理特性评价结果,可将山东产区上部烟分为三类,根据化学成分评价结果,可将山东产区上部烟分为两类。综合考虑物理特性和化学成分评价结果,山东产区上部烟叶可分为四类。其中沂源、五莲、临朐为一类,兰陵、沂水、莒县、莱芜为一类,淄川、黄岛为一类,诸城则单独构成一类。

基于主成分分析的聚乙烯醇-金针菇水提取物复合膜制备、表征与保鲜应用

为开发新型食品包装膜,提高金针菇资源化利用水平,以可降解的聚乙烯醇(PVA)和金针菇水提取物共混制备PVA-金针菇水提取物复合膜。以拉伸强度、断裂延伸率、耐水性系数、厚度、不透明度及水蒸气透过系数等复合膜物理性能参数,研究PVA添加量、2-乙酰柠檬酸三乙酯(ATEC)添加量、金针菇水提物添加量、干燥时间和干燥温度对复合膜物理性能的影响;采用主成分分析法对复合膜性能进行综合评价;并结合响应面分析法,建立了PVA-金针菇水提取物复合膜制备的多元二次回归方程模型,优化了复合膜制备条件,并研究了复合膜在20℃条件下对草莓贮藏期间(6 d)褐变度、失重率、维生素C、丙二醛等保鲜指标的影响。研究结果表明,PVA添加量4.0 g、ATEC添加量4.0 g、金针菇水提物添加量3.9 g、干燥温度62℃,干燥时间3.5 h为最佳制备条件,所得复合膜拉伸强度为31.76±0.50 N/cm^(2)、断裂延伸率为97.99%±0.25%、水蒸气透过系数为1.44×10^(-9)±1.53×10^(-11) g·mm/m^(2)·h·kPa、耐水性系数为549.14±0.94 s/mm、膜厚度为0.062±0.002 mm、不透明度为20.97±0.39,物理性能综合得分为102.25±0.16,与模型预测结果的相对误差为0.57%。红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射分析表明复合膜结构完整,金针菇水提取物与基质相容性较好,并以氢键结合。通过草莓贮藏期间褐变度、失重率、维生素C以及丙二醛的测定,制备的复合膜显示出较好的保鲜效果。

基于主成分分析-BP神经网络的风电备件需求预测

风电机组具有结构复杂,运维困难,且长期处于恶劣的工作环境的特点。风电备件的需求预测有助于为风电场配备最合适的备件数,以确保风电场的平稳、高效运行。构建主成分分析-反向传播(principal component analysis-back propagation,PCA-BP)模型,针对受多因素影响的复杂备件,先利用PCA将影响风电备件的要素进行筛选,再利用BP神经网络算法,得到最为精确的预测结果。比较自回归积分滑动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)模型、BP神经网络预测和PCA-BP神经网络预测的结果。结果表明:PCA能显著降低神经网络预测误差,预测的精度为93.94%,高于BP神经网络预测的88.39%和ARIMA模型的85.31%,所以PCA-BP神经网络模型的预测精度准确且有可靠结果,能够适用于风机备件的需求预测。

羊草品质性状遗传变异及主成分分析

为了鉴定羊草品质性状间的相关关系,试验对42份羊草材料的22个品质性状检测分析,并进行一般描述统计、遗传变异、相关性及主成分分析。结果显示,在参试羊草各品质性状中,粗蛋白、钙、木质素和糖类含量的变异系数较大,分别为13%、25%、27%和39%。对22个品质性状进行主成分提取发现,前3个主成分的累积贡献率达到90.196%,分别为羊草的饲用价值、微量元素及粗蛋白成分。研究表明,羊草的粗蛋白、钙、木质素和糖类等性状在品种遗传选育进程中有较大的改良空间,而消化率及能量品质相关性状难以得到遗传改良。

基于主成分分析的空间外差干涉数据校正研究

空间外差光谱技术(SHS)是一种新型的高光谱遥感探测技术,被广泛应用于大气观测、天文遥感、物质识别等领域。通过空间外差光谱仪获取的二维实测干涉数据会受到多种影响因素干扰,其中高频噪声、不规则暗斑、干涉图非均匀性是其中最常见的影响。这些影响会降低复原光谱的精度,因此需要对这些影响发展有效的数据校正方法,提高反演光谱准确度。采用钾灯和氙灯两种光源产生准单色和连续光信号,以它们形成的干涉数据作为研究对象。针对这两种实测干涉图中的多种噪声影响,提出了一种基于主成分分析的空间外差干涉数据校正方法。首先采用一阶差分法对实测干涉图的所有行数据进行预处理,去除基线影响,将处理后的行数据进行傅里叶变换获得光谱数据。然后对所有行光谱数据进行主成分分析,计算出多个相互正交的主成分及每个主成分的贡献率,将贡献率小于2%的主成分当作噪声并加以扣除,保留其他主成分作为有效光谱信号进行光谱重建,重建光谱经过傅里叶逆变换得到校正后的干涉图。最后从干涉图和光谱两个维度对校正方法的有效性进行对比分析。结果表明,单色、连续两种光源实测干涉图中的暗斑得到有效扣除,非均匀性影响得到极大改善。针对暗斑影响明显的干涉图第536、600、982行数据,对比其光谱校正前后效果,结果显示:校正方法有效抑制了光谱中的高频噪声,使光谱变得平滑、清楚,特征峰等细节获得凸显,信噪比得到改善,三行光谱的均方误差分别由校正前的0.03777、0.02733、0.03099降低到校正后的0.01331、0.01220、0.01234,定量说明了方法的有效性。

基于主成分和聚类分析的加工辣椒品质特性及相关性分析

为探究不同加工辣椒品质的差异,以16个加工辣椒品种为试验材料,对其外观品质、色泽品质、质构特性、营养品质等指标进行测定,并进行相关性、主成分和聚类分析。结果表明,不同加工辣椒品种在外观品质、色泽品质、质构特性、营养品质方面均存在显著差异。果长、果肩宽和果肉厚度等外观品质指标主要决定果实质量,其与色泽、营养品质有较大相关性,其中籽肉质量比是衡量辣椒加工特性的一个重要指标;色差分析发现L*值、a*值、b*值、E*ab值、辣椒红素及色价均存在显著差异,色价为4.12~18.78,其变化与L*值、b*值呈负相关,与a*值和辣椒红素含量呈正相关;质构特性与水分、可溶性糖存在较大关联,黏附性、胶着性、咀嚼性、硬度变异系数相对较高;VC含量与外观品质指标密切相关,为0.28~3.38 g/100 g;果肉辣椒碱含量为33.46~62.42μg/g,11个品种的果肉辣椒碱含量显著高于籽辣椒碱含量。研究结果说明水分含量、色价、辣椒碱、咀嚼性为辣椒加工特性的主要评价指标。

不同品种马铃薯淀粉功能性质的相关性及主成分分析

分析黑龙江、甘肃、北京3个地区的11个马铃薯品种制备得到淀粉的水分含量、色泽、直链淀粉含量、透光率、碘蓝值、溶解度、膨胀度、胶稠度、质构特性。结果显示,不同品种各指标差异显著,直链淀粉质量分数的变化范围是10.96%~16.64%;相关性分析发现不同品种的各品质指标间存在显著的相关性,直链淀粉与淀粉提取率(r=0.4683)、膨胀度(r=0.5209)、硬度(r=-0.4721)、咀嚼性(r=-0.4496)分别呈显著的相关性。主成分分析结果显示,前4个主成分的特征根大于1,可以解释原有数据的信息,综合主成分得分,陇薯9号的综合值排名第一,荷兰薯的综合值最低。

基于主成分分析的金针菇单孢杂交后代菌株筛选评价

以2个金针菇品种的37个单孢杂交后代菌株为试材,采用描述性分析、主成分分析、聚类分析等方法,对其3个酶活性指标(纤维素酶、半纤维素酶、漆酶)和5个农艺性状指标(菌盖直径、菌盖厚度、菌柄直径、菌柄长度、产量)进行了综合分析,以期筛选优异的金针菇种质资源。结果表明:各指标变异系数在20.93%~42.75%,其中变异系数最大的是产量指标,为42.75%。通过主成分分析和聚类分析,构建金针菇综合评价体系,筛选出12、32、33号3个单孢杂交后代菌株,未来可以作为优良种质资源加以利用。

基于相关性分析和主成分分析的宁都黄鸡肉品质评价研究

目的探讨不同日龄宁都黄鸡肉品质评价的合理模型。方法选择同一批次的宁都黄鸡进行饲养,分别在84、120和200日龄进行屠宰,取胸肌进行肉品质检测并进行相关性分析和主成分分析,构建不同日龄的肉品质评价模型。结果主成分分析提取出4个主成分因子,第一主成分的方差贡献率为23.98%,第二主成分为18.47%,第三主成分为16.69%,第四主成分为11.47%,累积方差贡献率为70.62%,且特征值均大于1。建立了宁都黄鸡不同日龄肉品质综合评价模型为F=0.24F_(1)+0.18F_(2)+0.17F_(3)+0.12F_(4),200日龄宁都黄鸡评分最高。结论基于主成分分析综合评价模型对不同日龄宁都黄鸡肉品质进行分析是可行和客观的。

24种石蒜鳞茎中主要功能性成分的分析评价

以石蒜属24个种(变种)的鳞茎为材料,对其淀粉、可溶性糖、总多糖、可溶性蛋白、总酚、总黄酮、总生物碱和总皂苷含量等功能成分进行了测定,利用主成分分析法对功能成分指标和材料进行了综合评价。结果表明,24种石蒜鳞茎中淀粉含量为122.78~169.25 mg/g,可溶性糖含量为103.82~138.06 mg/g,可溶性蛋白含量为18.31~23.61 mg/g,总多糖含量为43.33~75.98 mg/g,总酚含量为0.91~3.79 mg/g,总黄酮含量为0.65~1.78 mg/g,总生物碱含量为3.41~8.69 mg/g,总皂苷含量为0.68~1.22 mg/g,各个指标的变异系数变化范围在8.03%~33.84%之间,不同样品间的可溶性糖含量变异系数小,总酚含量变异系数大。主成分分析结果表明,可以从功能因子、抗氧化因子和营养因子3个方面对石蒜品质性状进行评价。研究初步选出了兼具较高生物碱、抗氧化物质和营养物质含量的红蓝石蒜、长筒石蒜、鹿葱、陕西石蒜、换锦花及秀丽石蒜等6个具有开发功能产品潜力的石蒜种质,为后续开展特定功能物质高含量品种的选育提供了参考。

主成分分析和灰色模型组合的身管多点烧蚀磨损量预测

身管是火炮类武器的关键零件,对其烧蚀磨损量进行预测,有助于保持火炮作战效能。针对火炮身管沿轴向各点烧蚀磨损量需分别建立数学模型进行预测问题,提出一种组合烧蚀磨损量预测方法。采用主成分分析(principal component analysis,PCA)方法对身管多点烧蚀磨损量进行数据空间降维,提取反映烧蚀磨损量变化的主成分,利用灰色模型对主成分进行多步预测,通过PCA逆运算获得身管内膛多点烧蚀磨损量预测值。结果表明,在历史数据较少的条件下,通过选择合适的预测步数可获得较为准确的预测值,为身管内膛多点烧蚀磨损量的预测提供了一种新的有效途径。

基于主成分分析的二元杂交鸽生长性能和繁殖性能评价

为评价石歧鸽、白卡奴鸽、欧洲肉鸽三个品种鸽不同二元杂交组合的生长性能和繁殖性能,寻求最佳二元杂交组合,试验设置XL组合[石歧鸽(X)■×欧洲肉鸽(L)♀]、XY组合[石歧鸽(X)■×白卡奴鸽(Y)♀]、LY组合[欧洲肉鸽(L)■×白卡奴鸽(Y)♀]和LX组合[欧洲肉鸽(L)■×石歧鸽(X)♀],每个组合170对,进行为期1年的生长性能和繁殖性能统计,比较产蛋间隔、产蛋窝次、年产蛋数、无精蛋数、死胚数、出雏数、出栏乳鸽数、死雏数、受精率、出雏率、成活率、公鸽重、母鸽重、28日龄乳鸽体重等指标,运用主成分分析方法进行杂交组合的综合评价和优良组合的筛选。结果表明:XY组合的产蛋间隔最短(25.50 d),极显著低于LY组合(31.28 d)和LX组合(30.67 d,P<0.01);XY组合的年产蛋数最多(22.69个),极显著高于LY组合(21.28个,P<0.01);LY组合受精率最高为88.96%,极显著高于XY组合(83.51%,P<0.01),显著高于XL组合(84.57%,P<0.05);XY组合出栏乳鸽数最多,为13.57只。产蛋窝次、产蛋数、无精蛋数和死胚数与产蛋间隔之间呈强负相关,产蛋数、无精蛋数、死胚数与产蛋窝次之间呈强正相关,乳鸽重与公鸽重和母鸽重之间呈强正相关,XL组合的公母鸽体重均较重,因此该组合的乳鸽体重最重(547.65 g)。LX组合死淘率低,出栏数相对较多,且28日龄乳鸽体重较重。从繁殖性能中提取了三个主成分,分别为产蛋因子、乳鸽数因子、乳鸽体重因子,LX组合产蛋因子得分较高,LX组合乳鸽数因子较高。说明LX组合适合于肉鸽生产;XY组合产蛋量高,适合于蛋用鸽生产。

基于主成分分析的多重定量PCR荧光串扰校正

聚合酶链式反应(PCR)是分子生物学常用的检测手段,主要用于对生物的DNA或RNA进行检测。由于荧光光谱重叠和滤光片过滤带宽限制,检测时所获得的荧光数据通常会包含荧光通道之间的串扰,串扰的存在使PCR结果分析变得复杂,并可能影响最终的检测结果。选择合适的光学元件,并确定通道间的补偿矩阵,可以降低甚至消除荧光串扰。目前荧光补偿矩阵大多通过迭代计算获得,还没有一种简单的方法可以从混合的多通道荧光数据中找到荧光补偿矩阵。为了快速获得荧光补偿矩阵,减小计算量,采用主成分分析法(PCA)中确定主成分的方式,基于搭建的测试平台进行单一染料实验,获得染料的荧光信号在各个检测通道的分布情况,计算得到荧光补偿矩阵。通过分析补偿矩阵,发现对于搭建的硬件系统,Cy5染料对Cy5.5通道串扰较大,串扰比例为8.76%,同时Cy5.5染料对Cy5通道串扰影响也相对较大,比例约为6.2%;其次是ROX染料对HEX通道串扰,比例约为2.68%;HEX染料对FAM通道串扰,比例约为1.58%;FAM染料对HEX通道串扰相对较小,比例约为0.25%,其余通道无明显串扰,与荧光光谱反映的结果一致。采用得到的荧光补偿矩阵对单一染料实验得到的原始荧光数据进行处理,有效去除了非目标通道的荧光串扰,实现了荧光通道数据的解耦,验证了方法的可行性。最后设计了染料颜色分辨实验,将不同浓度的多种染料进行组合测试,并采用所提出的方法将得到的数据进行荧光补偿。实验结果表明,荧光通道各自的线性相关性较高,五个荧光通道的线性相关系数r均大于0.99,该结果进一步验证了该补偿方法的有效性。

基于主成分分析的5个蓝莓品种果实评价

以从国外引进的5个蓝莓品种为供试材料,研究其在丽江种植条件下果实的外观指标(果实横径、纵径、单果重、果形指数、色泽等)、营养成分(维生素C、可溶性蛋白质、游离氨基酸、可溶性糖、淀粉和花青素等),并利用主成分分析法对所有指标参数进行分析。结果表明:奥尼尔有最优的果形指数(0.86)、最高的单果重(1.87 g)和花青素含量(440.5μg/g),较高的可溶性糖含量(16.69%)、维生素C含量(0.35 mg/g)和游离氨基酸含量(41.11μg/g)。主成分分析提取了2个主成分,累计方差贡献率为85.635%,综合评分奥尼尔最高,为最优品种,适合引种栽培及作为育种材料。

基于脂肪酸组成结合主成分分析识别不同比例大豆油和菜籽油调配的调和油

结合脂肪酸组成和化学计量学方法,对大豆油、菜籽油及其不同比例的二元调和油的识别进行基础研究,并分析不同比例调和油中脂肪酸含量的变化。结果表明在大豆油和菜籽油中,共检出脂肪酸组分17种,主要以油酸、亚油酸、棕榈酸和亚麻酸为主。在以不同比例低芥酸菜籽油和大豆油调配的调和油中,脂肪酸含量随调和比例的改变而呈现一定趋势的增加或减小。结合脂肪酸组成,对所有的139个样品进行了主成分分析(PCA),结果表明大豆油和菜籽油可以互相实现区分,不同比例的调和油样品分布在调配的溯源样品之间,基本按照比例关系分布成一条直线。研究通过对菜籽油、大豆油及其不同比例调配的调和油的脂肪酸组成进行了定量分析,分析了它们之间脂肪酸组成的变化,并结合化学计量学手段进行一些识别分析,为规范调和油的生产和保障公平有序的调和油市场提供参考。