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最小相关系数的多元校正波长选择算法

光谱学与光谱分析 2022年第3期42卷 719-725页

作者：程介虹陈争光衣淑娟黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院黑龙江大庆163319 黑龙江省水稻生态育秧装置及全程机械化工程技术中心黑龙江大庆163319

在近红外光谱的定量分析中,由于仪器的精密程度越来越高,采集的光谱数据通常具有很高的维度。因此,波长选择对于剔除噪声及冗余变量,简化模型,提高模型的预测性能是必不可少的。近红外光谱特征波长选择方法众多,但变量间的多重共线性问... 详细信息

在近红外光谱的定量分析中,由于仪器的精密程度越来越高,采集的光谱数据通常具有很高的维度。因此,波长选择对于剔除噪声及冗余变量,简化模型,提高模型的预测性能是必不可少的。近红外光谱特征波长选择方法众多,但变量间的多重共线性问题仍是导致模型效果较差的一个关键问题。变量间共线性可以通过相关系数进行分析,当相关系数高于0.8,表明存在多重共线性。据此,以变量间相关系数为选择标准,提出一种以所选变量之间共线性最小化的波长选择方法,称之为最小相关系数法(MCC)。该方法以光谱数据的相关系数矩阵为基础,挑选出与其他波长相关系数平均值和标准差均较小的波长为候选建模波长集合,使得集合内波长之间线性相关性最小,进而消除模型变量之间共线性。然后通过标准回归系数优选对因变量影响较大的波长,获得预测模型。为了验证所提出算法的有效性,对该方法进行了测试。利用两组公开的近红外光谱数据集(柴油数据集、土壤数据集),通过MCC算法进行波长选择,并与常用的几个波长选择方法,如:连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权采样法(CARS)、随机蛙跳算法(RF)、迭代保留信息变量法(IRIV)进行比较。实验结果表明,MCC算法获得了良好的预测性能,MCC算法的预测精度相比于SPA,CARS和RF三种算法具有明显的优势,而MCC算法的预测精度与IRIV算法不相上下。因此,最小相关系数法可实现高效降维,提高模型的预测精度,是一种有效的波长选择算法。

关键词：波长选择近红外光谱多元校正最小相关系数法

基于迭代保留信息变量和连续投影的近红外光谱波长选择方法

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分析化学 2021年第8期49卷 1402-1409页

作者：程介虹陈争光黑龙江八一农垦大学电气与信息学院

连续投影算法(SPA)作为一种波长选择算法,用于近红外光谱的定量分析中以简化模型复杂度,提高模型预测精度。由SPA算法的原理可知,SPA算法只能保证相邻两次投影所选择的两个波长之间具有较低的冗余性,但不保证所选变量一定是有效变量,即... 详细信息

连续投影算法(SPA)作为一种波长选择算法,用于近红外光谱的定量分析中以简化模型复杂度,提高模型预测精度。由SPA算法的原理可知,SPA算法只能保证相邻两次投影所选择的两个波长之间具有较低的冗余性,但不保证所选变量一定是有效变量,即SPA筛选出的变量子集中可能包含一些无信息变量甚至是干扰变量。所以通过迭代保留信息变量(IRIV)提取有效变量(即强、弱信息变量),再基于有效变量进行SPA波长选择,以解决SPA所选变量可能含有无信息和干扰变量的问题,提高模型预测精度。将改进的IRIV-SPA算法应用于两组公开的近红外光谱数据,进行特征波长选择后,建立MLR模型,并与全谱的PLSR模型以及一些常用的高性能的波长选择方法(SPA、 IRIV、随机蛙跳(RF)算法)进行对比,以验证改进的IRIV-SPA算法的有效性。结果表明,在两组公开的测试数据集下,改进的IRIV-SPA-MLR模型的预测精度最优,相较于其它算法极大地提高了预测精度,简化了模型的复杂度。研究结果表明,改进的IRIV-SPA可实现高效降维,是一种有效的特征波长选择算法。

关键词：近红外光谱波长选择多元校正连续投影算法迭代保留信息变量

1843—2020年上海城市扩张时空过程及机理分析

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地理学报 2024年第5期79卷 1286-1302页

作者：李爽张晓虹复旦大学历史地理研究中心上海200433

上海作为中国近现代城市化最为显著的城市之一,自1843年开埠以来城市格局与空间范围变化巨大,重建并分析其扩张过程,对于深刻理解上海乃至中国城市化进程具有重要意义。本文通过收集1843—2020年上海城市旧地图、中华民国(1912—1949年... 详细信息

上海作为中国近现代城市化最为显著的城市之一,自1843年开埠以来城市格局与空间范围变化巨大,重建并分析其扩张过程,对于深刻理解上海乃至中国城市化进程具有重要意义。本文通过收集1843—2020年上海城市旧地图、中华民国(1912—1949年)地形图、解密卫星影像、遥感数据等多源多精度城市空间数据,分别提取城市建成区信息,重建了开埠以来建成区时间序列,研究了上海开埠以来的城市扩张时空过程及机理。结果表明:(1) 1843—2020年上海建成区面积增长了约1453倍,扩张速率、扩张强度发生了剧烈变化;(2)紧凑度随着时间推进不断下降,分形维数则随着时间变化呈现出了一定的周期;(3)建成区重心位置呈现出先向北后向南发展的趋势,其中最主要的扩张方向为西南及南偏西;(4)优越的自然位置奠定了上海被选为开埠城市发展的先决条件,社会变迁及政策驱动作为最根本的驱动力决定着城市在不同阶段发展的最主要方向,产业经济发展、人口迁移、交通发展等多因素也在复合影响着这一时空过程。本文廓清了上海自开埠以来的城市扩张过程及机理,为更深刻理解城市变迁、人地关系演变提供历史知识与科学支撑;同时,中华民国地形图、解密影像等覆盖范围广、制作精度高的历史资料,可作为百年尺度研究的历史基础数据,对更长时序研究具有重要的启发意义。

关键词：城市扩张上海历史地理长时间序列古旧地图

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基于最小相关系数的波长选择方法与应用研究

基于最小相关系数的波长选择方法与应用研究

作者：程介虹黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

近红外光谱定量分析技术作为一种高效的测量分析技术,在农业中被广泛应用。但近红外光谱数据是一种高维数据,其维度一般在几百维到上千维,若直接建模,会因为高维数据存在的多重共线性问题严重影响模型精度。因此,近年来特征波长选择算... 详细信息

近红外光谱定量分析技术作为一种高效的测量分析技术,在农业中被广泛应用。但近红外光谱数据是一种高维数据,其维度一般在几百维到上千维,若直接建模,会因为高维数据存在的多重共线性问题严重影响模型精度。因此,近年来特征波长选择算法便成为近红外光谱分析中的研究热点。本研究以解决高维近红外光谱数据各波长变量间的共线性为目标,提出一种新型的波长选择算法。在分析了三种常用波长选择算法,包括连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)、相关系数法(correlation coefficients,CC)、竞争自适应重加权采样法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)的优势和不足之后,发现SPA可以消除变量间的共线性,但是SPA只考虑向量间的投影,而投影距离大的变量并不一定是有效变量;CC考虑的是自变量与因变量间的相关性问题,但未考虑自变量间的共线性问题;CARS算法的不足之处在于稳定性较差,运行过程中通过蒙特卡洛采样对样本进行随机抽取,具有随机性。针对上述算法的优势及不足之处,提出一种以自变量之间以及自变量与因变量之间的相关性为选择标准的近红外光谱波长选择方法,称之为最小相关系数法(Minimal Correlation Coefficient,MCC)。该方法从光谱数据的相关系数矩阵出发,挑选出相关系数矩阵中平均值和标准差均较小的列向量对应的波长组成候选建模波长集合,使得集合内的波长之间线性相关性最小,最大限度地消除模型变量之间的共线性。同时考虑自变量对因变量影响的最大化,通过标准回归系数优选对因变量影响较大的波长,之后利用向前选择法建立线性回归模型,通过模型的均方根误差获得最优预测模型,最优模型下对应的波长即为特征波长。为了验证所提算法的有效性,基于两组公开的高维的近红外光谱数据集(土壤数据集、柴油数据集)进行MCC波长选择后建立多元线性回归(multiple linear regression,MLR)模型,并与全谱的偏最小二乘回归模型(full spectrum partial least squares regression,FULL-PLSR)及三种常用波长选择算法的回归模型(SPA-MLR、CARS-PLSR、CC-MLR)的建模结果进行比较。结果表明,两类数据集下MCC波长选择算法均表现了良好的预测性能。基于土壤数据集的预测结果中,MCC-MLR模型的预测集决定系数(Rp)为0.9265,预测集均方根误差(RMSEP)为1.0323;而其余三种波长选择算法中预测效果最优的为CARS算法,CARS-PLSR模型的Rp为0.9088,RMSEP为1.3682。基于柴油数据集的预测结果中,MCC-MLR模型的Rp为0.9560,RMSEP为2.7792;而其余三种波长选择算法中预测效果最优的为SPA算法,SPA-MLR模型的Rp为0.9539,RMSEP为2.8449。结论表明本研究所提出的最小相关系数法MCC可以实现高效降维,提高模型的预测性能,是一种有效的波长选择算法。为了方便用户使用最小相关系数法,本研究通过MATLAB开发基于最小相关系数波长选择的近红外光谱建模方法软件系统,可实现数据导入、光谱数据预处理、样本集划分、波长选择及建立多元线性回归模型等功能,为用户提供一个简明快捷的人机交互窗口,实现样本理化性质的快速准确测定。

关键词：波长选择近红外光谱多元校正最小相关系数法

变迁时代的生命历程、人生转折与心理嬗变——“知青”一代社会学家的口述史与集体叙事

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心理学报 2024年第7期56卷 964-976页

作者：胡洁周晓虹东南大学人文学院南京211189 南京大学社会学院南京210023

改革开放40年来,中国社会发生了朝向现代化的迅猛变迁。在经济与社会结构急剧变化并取得有目共睹的成就的同时,中国人的价值观和社会行为模式也发生了明显的嬗变。1979年中国社会学重建后,作为对社会变迁及其影响最为敏感的群体,知青一... 详细信息

改革开放40年来,中国社会发生了朝向现代化的迅猛变迁。在经济与社会结构急剧变化并取得有目共睹的成就的同时,中国人的价值观和社会行为模式也发生了明显的嬗变。1979年中国社会学重建后,作为对社会变迁及其影响最为敏感的群体,知青一代社会学人,因其个体生命史与改革开放同构及与社会学重建同步,成为表征转型时代心理蜕变的合适案例。就个体心理蜕变的向度说,转型或变迁影响到他们的认知方式、情感世界和个体行为的现代性;而就集体心态建构的向度说,他们在40年的职业生涯中,围绕中国式现代化与富民实践、遂生乐业的心态秩序、社会学本土化或中国化等议题所形成的话语叙事,都充分体现了这个独特群体在大变革时代的集体心态。进一步,在个体心理蜕变和集体心态建构之间,存在着多种重叠与共通的部分,它使得知青社会学人在变革时代的心理嬗变就是一部个体心理与集体心态互为镶嵌的精神蜕变史。

关键词：变迁时代心理史与心态史生命历程人生转折心理嬗变

基于代价敏感支持向量机和多变量决策树的分级自适应暂态电压稳定评估

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电网技术 2024年第2期48卷 778-788页

作者：甄永赞阮程新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

为解决暂态电压稳定评估中失稳工况漏判率高的问题、提升多变量决策树(multivariate decision tree,MDT)应用能力,提出一种分级代价敏感多变量决策树(hierarchical cost sensitive multivariate decision tree,HCS-MDT)评估方法。基于... 详细信息

为解决暂态电压稳定评估中失稳工况漏判率高的问题、提升多变量决策树(multivariate decision tree,MDT)应用能力,提出一种分级代价敏感多变量决策树(hierarchical cost sensitive multivariate decision tree,HCS-MDT)评估方法。基于可量测电气量时空联合拓展构建特征,利用改进经验风险的代价敏感支持向量机(cost sensitive support vector machines,CS-SVM)作为MDT内部节点分类器,生成解析式组合特征判稳规则作为可视化决策依据,并能有效减少失稳漏判;将分级自适应(hierarchical self-adaptation,HSA)准则融入CS-MDT中进行暂态电压稳定评估,在提升早期评估能力的同时有效保障评估准确率。暂态电压稳定仿真算例验证了所提方法的有效性。

关键词：暂态电压稳定时空特征代价敏感支持向量机多变量决策树分级自适应

基于强化学习的混合元启发式暂态电压稳定特征选择方法及可解释性研究

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电网技术 2024年第4期48卷 1519-1531,I0043页

作者：甄永赞阮程新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

新型电力系统发展背景下,使用有效的特征选择方法来提取与暂态电压稳定强相关的关键响应特征,对研究暂态电压失稳机理与系统潜在安全隐患具有重要意义。为此,提出一种基于改进过滤法与混合元启发式包装法的复合框架进行特征选择的新方... 详细信息

新型电力系统发展背景下,使用有效的特征选择方法来提取与暂态电压稳定强相关的关键响应特征,对研究暂态电压失稳机理与系统潜在安全隐患具有重要意义。为此,提出一种基于改进过滤法与混合元启发式包装法的复合框架进行特征选择的新方法。基于对称不确定性值改进的最大相关最小冗余性准则进行特征粗筛;将Q学习强化学习融合至元启发式优化算法中,并采用开发探索折衷策略以增强特征细选能力,获取最优关键响应特征子集。在此基础上,采用沙普利值加性解释归因理论综合分析各筛选特征对暂态电压稳定的影响与系统薄弱环节。新型电力系统算例验证了所提方法的有效性。

关键词：暂态电压稳定特征选择强化学习混合元启发式沙普利值加性解释

1990-2019年中国痛风疾病负担趋势及未来十年预测研究

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中国全科医学 2024年第2期27卷 245-252页

作者：方珈文冯天元周志衡李子悦颜丹虹林凯程南方医科大学卫生管理学院广东省广州市510515 广东省深圳市坪山区人民医院 518118 南方医科大学南方医院广东省广州市510515

背景痛风是常见的炎症性关节炎之一,对人们的健康造成很大的危害,但目前针对我国痛风疾病负担趋势分析与预测的相关研究有限。目的分析1990—2019年中国痛风疾病负担的变化趋势,并预测未来10年痛风的标化伤残调整寿命年(DALYs)率、标化... 详细信息

背景痛风是常见的炎症性关节炎之一,对人们的健康造成很大的危害,但目前针对我国痛风疾病负担趋势分析与预测的相关研究有限。目的分析1990—2019年中国痛风疾病负担的变化趋势,并预测未来10年痛风的标化伤残调整寿命年(DALYs)率、标化发病率和标化患病率。方法提取全球疾病负担研究(GBD)2019有关中国痛风DALYs、发病情况和患病情况等疾病负担指标,采用Joinpoint回归模型计算标化DALYs率、标化发病率和标化患病率的年度变化百分比(APC)和平均年度变化百分比(AAPC),采用自回归移动平均模型(ARIMA模型)对2020—2029年的标化DALYs率、标化发病率和标化患病率进行预测。结果1990—2019年,中国痛风DALYs从187436人年增至510485人年,增长了172.35%,发病人数从1181969例增至3041329例,增长了157.31%,患病人数从5864143例增至16161325例,增长了175.60%(对应的标化率分别增长了28.45%、25.92%和28.63%)。Joinpoint回归结果显示,1990—2019年,标化DALYs率、标化发病率、标化患病率整体呈上升趋势(AAPC分别为0.9%、0.8%、0.9%,P<0.05)。痛风疾病负担具有明显的性别和年龄差异,男性疾病负担高于女性,标化DALYs率、标化发病率和标化患病率男女性别比范围分别为3.23~3.51、3.14~3.40和3.17~3.42。女性各指标年龄高峰总体比男性延后,女性在45岁之后疾病负担开始加重,男女性疾病负担均在90岁之后再次增加。ARIMA模型结果显示,预计到2029年,因痛风造成的标化DALYs率和标化发病率分别下降0.33%和0.45%,标化患病率上升0.71%。结论1990—2019年中国痛风疾病负担增长趋势明显,存在明显的性别和年龄差异,且出现年轻化趋势。预计到2029年,因痛风造成的标化患病率略有上升。

关键词：痛风发病率患病率疾病负担趋势分析 ARIMA模型伤残调整寿命年

基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 245-257页

作者：程继杰刘毅中国矿业大学(北京)人工智能学院北京100083

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 详细信息

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。

关键词：冲击地压煤与瓦斯突出颜色特征深度特征速度特征图像识别