Robust Principal Component Analysis Integrating Sparse and Low-Rank Priors

Principal Component Analysis (PCA) is a widely used technique for data analysis and dimensionality reduction, but its sensitivity to feature scale and outliers limits its applicability. Robust Principal Component Analysis (RPCA) addresses these limitations by decomposing data into a low-rank matrix capturing the underlying structure and a sparse matrix identifying outliers, enhancing robustness against noise and outliers. This paper introduces a novel RPCA variant, Robust PCA Integrating Sparse and Low-rank Priors (RPCA-SL). Each prior targets a specific aspect of the data’s underlying structure and their combination allows for a more nuanced and accurate separation of the main data components from outliers and noise. Then RPCA-SL is solved by employing a proximal gradient algorithm for improved anomaly detection and data decomposition. Experimental results on simulation and real data demonstrate significant advancements.

Comprehensive Evaluation on the Level of Agricultural Economic Development in Hubei Province Based on Principal Component Analysis

[Objectives]Hubei Province has a superior geographical location,and is located in the middle and lower reaches of the Yangtze River,with pleasant climate and abundant natural resources.It is an important province of population,agriculture and resources in China.[Methods]Based on the data of Statistical Yearbook of Hubei 2018,the agricultural economic indicators of the cities and prefectures in Hubei Province were analyzed with principal component analysis method by using SPSS19.0.[Results]The comprehensive scores and rankings of the agricultural economic development level of the 17 cities and prefectures in Hubei Province were obtained.They were divided into four agricultural development levels.[Conclusions]According to the analysis results,corresponding policy recommendations were put forward to promote the development of agricultural economy in Hubei Province.

A Study of the Comprehensive Urban Competitiveness Based On Principal Component Analysis

This paper studies the comprehensive urban competitiveness and performs the principal component analysis. The results show that the comprehensive evaluation of urban competitiveness is not entirely dependent on the city's economic strength or GDP,and it is necessary to consider from resource allocation capacity,openness and public service capacity. By selecting various data concerning 11 prefecture-level cities in Jiangxi Province in 2006,2009 and 2012,this paper gets the ranking results and analyzes trends,to provide a basis for making future economic policy.

Evaluation and Selection of Sealants and Fillers Using Principal Component Analysis for Cracks in Asphalt Concrete Pavements

The objective of this paper was to develop a comprehensive evaluation method and index to evaluate the performance of sealants and fillers for cracks in asphalt concrete pavements using the method of principal component analysis. The performance experiments including cone penetration, softening point, flow, resilience and tension at low temperature respectively were conducted by reference of ASTM D5329 for eight sealants and fillers often used in China. There by a principal component model was developed and weight of every index was calculated. The experimental results show that there are significantly different performances for sealants and fillers often used in China. Principal component analysis is an objective method that evaluates and selects the performance of sealants and fillers for cracks in asphalt concrete pavements.

Spatial Statistical Analysis and Comprehensive Evaluation of High-Tech Industry Development

After 30 years of economic development, the high-tech industry has played an important role in China’s national economy. The development of high-level technological industry plays a leading role in guiding the transformation of China’s economy from “investment-driven” to “technology-driven”. The high-tech industry represents the future industrial development direction and plays a positive role in promoting the transformation of traditional industries. The rapid development of high-tech industry is the key to social progress. In this paper, the traditional analytical model of statistics is combined with principal component analysis and spatial analysis, and R language is used to express the analytical results intuitively on the map. Finally, a comprehensive evaluation is established.

新疆高粱种质资源萌发期抗旱性综合评价

为研究新疆本土高粱(Sorghum)种质资源的抗旱性并筛选萌发期有效抗旱指标,以来源于不同地区的207份高粱种质资源为研究对象,采用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫条件,对高粱萌发相关的10个指标进行分析,在主成分分析基础上采用隶属函数法对各高粱品种的抗旱性进行综合评价。结果表明:在干旱胁迫下,高粱的各萌发指标均受到影响。其中,相对发芽势与萌发抗旱指数相关性最强,前3个主成分累计贡献率为78.328%,分别反映高粱在干旱胁迫下的生长、萌发及发育情况。根据综合得分将207份种质划分为5类,即高度抗旱种质12份、抗旱种质28份、中等抗旱种质87份、干旱敏感种质64份和高度敏感种质16份。筛选出高粱萌发期抗旱性鉴定的重要指标为相对芽鲜重、萌发抗旱指数、相对干物质转运率,建立了可准确评估高粱萌发期抗旱性的回归方程,为高粱萌发期抗旱性种质筛选提供理论依据。

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。

云南不同品种核桃果实品质分析与综合评价

为了探究云南主栽核桃和薄壳山核桃果实的品质评价指标,选取27个核桃品种果实,对矿质元素、蛋白脂、粗脂肪等12个营养指标进行变异和相关性分析,并采用主成分和聚类分析方法,进行分类与综合评价。结果表明:12个营养指标的含量变异较为丰富,变异系数的变化范围为5%~83%,其中VC变异系数最大,粗脂肪变异系数最小;9种矿质元素平均含量从高到低依次为:K>P>Mg>Ca>Mn>Na>Fe>Zn>Cu,蛋白质含量均值为15.62%,脂肪含量均值为68.63%,VC的平均含量为4.66 mg/100 g;相关性分析表明,12个营养指标之间,P、Fe、Mg、Ca、Cu均与蛋白质呈极显著(P<0.01)正相关;主成分分析进行综合评价筛选出品质最佳的核桃品种为‘香茶’‘永平’‘晚熟’和‘小圆果’,薄壳山核桃中品种‘卡多’综合表现较好;聚类分析结果显示,可将其分为两大类,即富含矿质元素类群和高脂肪含量类群;相关性分析和主成分分析结果显示,K、Fe、Mg、Ca、Cu元素、蛋白质、脂肪为评价云南不同品种核桃品质的关键性指标。薄壳山核桃适合榨油,22种主栽核桃适合直接食用或开发富矿质元素和高蛋白的功能饮料。研究明确了云南核桃品质评价的关键指标并探明品质特性,提供科学分类方法,为云南核桃品质评价体系的构建奠定理论依据。

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。

柑橘果实矿质元素、活性物质含量特征及综合评价

【目的】通过对不同柑橘品种矿质元素、酚类物质含量及抗氧化性能的分析,筛选高营养价值的柑橘资源。【方法】以13个柑橘品种为试验材料,分析果实的8种矿质元素、总黄酮、总酚含量及3种抗氧化性能指标,采用相关性、PCA及热图聚类分析等多元统计方法对果实营养成分进行综合评价。【结果】果肉和果皮中8种矿质元素含量的变异系数分别为11.10%~41.26%和15.62%~46.23%,平均含量在果肉中从高到低为K>Ca>P>Mg>Na>Fe>Mn>Zn,果皮中排序为K>Ca>P>Mg>Na>Mn>Fe>Zn。柑橘是高K低Na水果,其中Ca、Mn在果皮中的含量高于果肉,而P相反。总黄酮和总酚含量均以酸橙最高,茶枝柑次高。采用抗氧化能力综合评价法得到排名前3的柑橘品种依次为酸橙、高橙、塔罗科血橙。通过PCA分析,得到3个主成分,累积贡献率为77.939%。【结论】柑橘矿质元素分布存在空间特异性,不同品种酚类物质含量存在较大差异,以酸橙、青瓯柑、媛小春和塔罗科血橙的矿质元素、活性物质含量较高。研究结果为柑橘优良品种的筛选、培育及功能食品的开发提供数据支撑和参考。

谷子育成品种萌芽期耐冷性综合评价

黑龙江地处高纬度地区,谷子播种后萌发期冷害频繁发生,造成出苗缓慢、出苗不齐、缺苗,是限制本地区谷子产量和品质的关键性因素,鉴定谷子耐冷性并筛选耐冷评价指标,可为耐冷谷子品种选育提供理论依据并对谷子安全生产具有重要意义。以52个谷子育成品种为研究对象,设置12个萌发期冷胁迫处理,以发芽率为指标探讨了谷子萌发期耐冷性的适宜鉴定方法。低温胁迫后测量了发芽势、发芽率、发芽指数、芽长、根长、芽鲜重、根鲜重7个指标的耐冷系数,运用隶属函数分析、主成分分析、相关分析和聚类分析法对参试品种的耐冷性进行了综合评价和归类,并采用逐步回归分析建立了耐冷性预测回归方程。结果表明, 8℃低温处理7 d,谷子品种发芽率的变异幅度最大,能较好地鉴别品种间耐冷性差异,是谷子萌发期耐冷性鉴定的最适宜条件;低温胁迫后7个鉴定指标均低28℃对照处理,但各指标间降低程度不同;利用主成分分析将7个单项指标转化为3个独立的综合指标,主成分分析表明,芽长、芽鲜重和根鲜重最能代表谷子萌发期对低温胁迫后的响应情况,可作为萌发期耐冷性鉴定的评价指标。通过聚类分析,将52个谷子品种划分为3类,筛选出嫩选14、朝谷14、蒙黑谷8号等17个高度耐冷品种,以及鲁谷7号、晋谷20等15个冷敏感品种,这些品种可为耐冷育种和谷子生产提供种质基础。

基于主成分分析和聚类分析麝香草酚微胶囊/魔芋葡甘露聚糖/低酰基结冷胶可食性复合涂膜对蓝莓品质的综合评价

该研究旨在建立综合评价麝香草酚微胶囊/魔芋葡甘露聚糖/低酰基结冷胶(thymol microcapsule/konjac glucomannan/low-acyl gellan gum,TKL)可食性复合涂膜对蓝莓保鲜效果的方法。以晚熟蓝莓品种‘巴尔德温’为试材,从感官、生理生化、营养成分、色泽和质构等角度,采用主成分分析(principal component analysis,PCA)、聚类分析、相关性分析等综合评价TKL采前喷涂对蓝莓贮藏品质的影响。结果表明,TKL涂膜处理减缓了蓝莓贮藏过程中感官、果形指数、总酸、硬度、L^(*)、b^(*)、H^(*)和弹性的下降;抑制了失重率、腐烂率、丙二醛、a^(*)、C^(*)值的增加;维持较高的可溶性固形物、总酚、总黄酮、花青素含量、咀嚼性和回复性,从而减缓了蓝莓品质的劣变。PCA分析得到2个主成分,累计方差贡献率为86.90%。PCA得分与感官评价拟合呈极显著正相关(P<0.01)。聚类分析显示,TKL涂膜处理21~56 d的蓝莓品质与对照组7~35 d聚类同一类。TKL涂膜将贮藏期从42 d延长到63 d。PCA与聚类分析结合,可更准确地评价TKL涂膜对蓝莓采后综合质量的影响,为TKL涂膜在采后果实的保鲜应用提供理论依据。

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。

甘蓝型油菜耐密性综合评价及其鉴定指标筛选

以从江西省油菜主产区收集到的109个甘蓝型油菜品种(系)为材料,分析了不同密度条件下根茎粗、株高、角果层厚度、分枝数、主花序长、主花序角果数、结角密度、单株角果数、角果粒数、千粒重、角粒重、单位角果皮面积、单株生物量、经济系数、产量等性状的基因型差异,以各性状的耐密系数作为衡量耐密性的指标,利用主成分分析、隶属函数、聚类分析和逐步回归分析法,对不同基因型油菜进行了耐密性综合评价。结果表明,不同基因型油菜品种(系)各性状对密度的反应不同,基因型间差异显著。利用主成分分析法将15个单项指标综合成7个相互独立的综合指标,可代表油菜耐密性86.62%的原始数据信息量。通过隶属函数法得到了各品种的耐密性综合评价值(D),并对D值进行聚类分析,将109个油菜品种划分为4种耐密类型。通过建立耐密性评价的数学模型进行了耐密性预测,筛选出角果层厚度、主花序角果数、角果粒数、单位角果皮面积、经济系数、产量等6个对耐密性有显著影响的指标,可作为油菜耐密性的鉴定指标。

不同品种梨膏营养成分的综合分析与评价研究

为检测地方不同品种梨所制梨膏的主要营养成分,并进行综合评价,对原产我国的25个代表性梨地方品种所制梨膏的总酚、总黄酮、有机酸、可溶性糖和矿物质元素等主要营养成分含量进行测定,研究不同品种梨膏主要营养成分含量的变异系数和相关性,采用主成分分析法建立梨膏主要营养成分的评价模型,对梨膏的主要营养成分进行综合评价。结果表明,不同品种梨所制梨膏主要营养成分间存在较大差异。梨膏总酚平均含量(6.72 mg/g)大于总黄酮(2.15 mg/g),但总黄酮的变异系数(66.93%)大于总酚(34.18%)。有机酸平均含量由高到低依次为苹果酸>奎宁酸>草酸>柠檬酸>抗坏血酸>莽草酸,可溶性糖平均含量由高到低依次为果糖>山梨糖醇>葡萄糖>蔗糖;莽草酸变异系数最大(233.25%),果糖变异系数最小(11.26%)。矿质元素平均含量由高到低依次为K>Na>P>Mg>Ca>B>Fe>Zn>Mn>Cu;矿质元素Fe的变异系数最大(158.05%),Na的变异系数最小(15.37%)。相关性分析发现梨膏22个主要营养成分之间具有较强相关性,其中K与Na相关性最强,相关系数r=0.983。建立了主成分分析的综合数学模型F=0.3609F1+0.1372F2+0.0997F3+0.0823F4+0.0630F5+0.0493F6。据此计算综合得分并排序确定梨膏主要营养成分较高的品种为‘火把梨’‘巍山红雪梨’‘云和雪梨’。本研究为地方品种梨膏主要营养成分的综合评价提供了参考。

不同软枣猕猴桃资源果实抗氧化活性比较分析

为评价不同软枣猕猴桃资源果实抗氧化活性,该研究以32份软枣猕猴桃资源果实为材料,测定其总酚、总黄酮、维生素C、花青素含量、DPPH自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基清除率、总抗氧化能力和总还原力,并对其进行差异性分析、加权综合评价、相关性分析与主成分分析。结果表明:各资源果实的总酚、总黄酮、维生素C和花青素含量存在差异。综合评价抗氧化能力,排名在前5位的资源为B080401、A180902、A100703、B020802、A100101。总酚和维生素C含量对软枣猕猴桃抗氧化活性贡献较大。DPPH自由基清除率、超氧阴离子自由基清除率、总抗氧化能力和总还原力4种测定方法适用于软枣猕猴桃资源果实抗氧化能力测定。总酚含量、总黄酮含量、维生素C含量、DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率、超氧阴离子自由基清除率、总抗氧化能力和总还原力为软枣猕猴桃抗氧化能力的主要测定项目。

河南省联合体试验小麦品种综合性状分析与评价

主要农作物品种审定联合体试验是当前我国农业形势下拓宽作物品种审定试验渠道重点推进的新措施,为深入了解河南省小麦联合体试验容量、掌握其品种农艺性状和品质性状概况,以近3 a(2021—2023年)河南省审定通过的小麦品种为对象,将联合体试验品种与省统一试验品种进行对比分析和评价。结果表明,2021—2023年河南省通过审定的小麦品种合计355个,其中,联合体试验品种187个。联合体试验容量呈上升趋势,品种数量占比由2021年的48.3%上升到2023年的61.2%;试验组别单一,主要为冬水组。冬水组小麦中,申请者独立申请品种时,联合体试验品种中高校和科研院所占比较省统一试验高,个人申请则更倾向于参加省统一试验。联合体试验小麦农艺性状与省统一试验相比差异前期大后期小,7个农艺性状中2021年有5个性状差异显著或极显著、2023年有2个性状差异显著;品质性状差异相对较小,但也表现出前期大后期小的规律,7个品质性状中2021年有2个性状差异显著、2023年均不显著。联合体试验品种的农艺性状、品质性状的变异系数及多样性整体上均大于省统一试验。利用主成分分析将14个农艺性状和品质性状转化为7个主成分,其反映了81.51%的原始信息。基于主成分分析的评价结果表明,综合评价得分排名前50位的品种中,联合体试验小麦品种在其全部品种中占比较小,2021、2023年分别有5、14个,分别占当年全部联合体试验品种数量的9.3%、17.9%;省统一试验小麦品种在其全部品种中占比较大,2021、2023年分别有4、5个,分别占当年全部省统一试验品种数量的19.0%、35.7%。综上,河南省小麦联合体试验容量在不断提升,农艺性状和品质性状离散程度较大,品种综合评价得分与省统一试验差距缩小,相关部门未来可根据市场调整优化试验组别,聚焦联合体试验通道问题,推进联合体试验高质量发展。

不同品种新疆大果沙枣果实品质综合评价

本研究利用新疆大果沙枣果实外观指标和有效营养成分指标,结合主成分分析和聚类分析对果实品质进行综合评价,旨在为新疆大果沙枣的进一步开发利用提供理论依据。结果表明,不同品种大果沙枣果实外观品质存在显著性差异;根据主成分分析法,综合评价结果为‘红铃’(3#)>‘红玉’(8#)>‘金莎’(2#)>‘金皇后2’(26#)>‘巴楚1’(5#)>‘金皇后’(6#)>‘白沙甜’(7#)>‘雅丰’(1#)>‘红铃2’(33#),3#、8#和2#表现优良,可重点进行繁育推广及开发利用。根据聚类分析,将9个品种的大果沙枣分为3类;第1类为3#品种,主要特征为固酸比、单宁和总酚高,蛋白质、粗纤维低,可用作制作糕点及高档果汁、饮料等;第2类为2#和8#品种,主要特征为可食率高,总黄酮、原花青素含量高,单宁和总酚也高于均值,可用作深加工,提取其有效功能性营养成分,用于保健、医疗等;其余品种均属于第3类,各项指标较为平均,果实可鲜食及加工,也可用作生态林等。

‘海螺’望春花优良单株选择及经济性状综合评价

为选育并推广怀宁县‘海螺’望春花优质种质资源,以海螺山上的百年古树群为优株选择对象,对各株单株产量、百蕾干重、挥发油含量、内含物含量等经济性状指标进行了连续3年测定,决选出5株优良单株,采用主成分分析法对决选优株的经济性状指标进行综合评价。结果表明:(1)5株优株花蕾产量及内含物指标之间存在显著差异,变异系数8.20%~50.82%,其中,1,8-桉叶素含量和百蕾挥发油含量的变异系数最大。(2)利用主成分分析法构建经济性状综合评分模型,得出百蕾挥发油含量及整株蕾年产量是影响综合经济性状的主要指标,并筛选出综合评价分值最高的1号优株,可作为‘海螺’望春花优质种质资源进行推广。(3)评价结果与优树在实际生产中的表现基本一致,表明主成分分析法可作为海螺望春花经济性状综合评价的方法之一。