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近红外光谱定量分析的改进ELM算法
  • ISSN号:1000-0593
  • 期刊名称:《光谱学与光谱分析》
  • 时间:0
  • 分类:O657.3[理学—分析化学;理学—化学]
  • 作者机构:浙江大学工业控制技术国家重点实验室,浙江杭州310027
  • 相关基金:国家(973计划)项目(2012CB720500);国家自然科学基金项目(61590925,U1509211)资助
中文摘要:

极限学习机理论(extreme learning machine,ELM)作为一种新的化学计量学方法,在近红外光谱定量分析中的应用研究,已引起学术界的高度重视。然而,由于光谱数据维数较高,建立 ELM模型时需要大量的隐节点,导致隐含层输出矩阵维数高且存在高度共线性,用现有的 Moore-Penrose广义逆算法求取隐含层输出矩阵与待测性质间的回归模型往往会存在病态问题。基于ELM建立光谱波长变量与性质之间的回归模型,提出以 ELM模型隐含层输出矩阵作为新的变量,采用作者最新提出的基于变量投影重要性的改进叠加PLS算法(stacked partial least squares regression algorithm based on variable importance in the proj ection, VIP-SPLS),建立新变量与待测性质间的回归模型。VIP-SPLS算法充分利用了每个隐节点的输出信息,能有效解决高维共线性问题,同时具有模型集成的优点,从而改进了 ELM模型的性能。将提出的改进 ELM算法(improved ELM,iELM)应用于标准近红外光谱数据集,结果表明 iELM模型的精度相对于现有的 PLS模型和 ELM模型分别显著提升了29.06%和27.47%。

英文摘要:

Extreme learning machine (ELM)has been applied in near infrared spectral analysis as a novel chemometric method which attracted the attentions of various researchers.However,the dimension of spectral data is usually very high while more hidden nodes should be incorporated in original ELM model for spectral data.Thus the problems of high dimension and high co-linearity in the output matrix of hidden layer of ELM model are inevitable.The solutions obtained with the existing Moore-Pen-rose generalized inverse can be ill-conditional due to the high dimension and high colinearity in the hidden layer output matrix. This study aims to propose an improved ELM to build spectral regression model.The proposed method firstly uses extreme learning machine (ELM)to relate spectral variables to response variable;then the output of each hidden node are treated as new variables;VIP-SPLS (improved stacked PLS based on variable importance in the proj ection)proposed by our group recently is used to build the regression model between those new variables and the response variable.In this paper,this method is called as improved ELM (iELM).VIP-SPLS model can fully utilize the output information of each hidden node and can effectively solve the problems of high dimension and high colineariy.At the same time,VIP-SPLS also has the advantage of model ensemble. Therefore,the performance of ELM model used for spectral data can be improved if the VIP-SPLS is incorporated to relate the hidden layer output matrix and response variable.The proposed method is applied to a commonly used benchmark NIR spectral data for evaluation.The results demonstrate that the precision improvement of iELM model is 29.06% to PLS model and 27.47% to original ELM model,respectively.

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期刊信息
  • 《光谱学与光谱分析》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国光学学会
  • 主编:高松
  • 地址:北京海淀区魏公村学院南路76号
  • 邮编:100081
  • 邮箱:chngpxygpfx@vip.sina.com
  • 电话:010-62181070
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0593
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2200/O4
  • 邮发代号:82-68
  • 获奖情况:
  • 1992年北京出版局编辑质量奖,1996年中国科协优秀科技期刊奖,1997-2000获中国科协择优支持基础性高科技学术期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40642