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基于粒子群优化的最小二乘支持向量机在混合气体定量分析中的应用
  • 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:[1]西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049, [2]西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(50877056)资助
中文摘要:

针对混合气体建模过程中最小二乘支持向量机参数难以确定及红外光谱数据计算量过大的问题,提出一种粒子群优化的最小二乘支持向量机方法,用于建立基于主成分分析特征提取的红外光谱多组分气体定量分析模型。首先对主吸收峰区域的550个红外光谱数据利用主成分分析技术进行了特征提取,将降维得到的7个特征值作为模型的输入变量从而有效地降低了计算量。混合气体主要由浓度范围分别是0.1%~1%的甲烷、乙烷及0.1%~1.5%的丙烷三种组分气体组成。采用最小二乘支持向量机技术分别建立了各组分气体的定量分析模型,利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机算法中的参数进行了优化选取,取代了传统的遍历优化方法,然后利用取得的最优参数重建定量分析模型。实验结果表明,采用此方法离线建模所用时间比采用遍历优化方法节省40倍以上,预测结果误差水平相当,满足实测要求。粒子群优化算法在全局优化及收敛速度方面具有较大优势。粒子群优化算法与最小二乘支持向量机技术相结合用于混合气体定量分析是切实可行的,具有一定的实际意义和应用价值。

英文摘要:

According to the difficulty in selecting parameter of least square support vector machine (LS-SVM) when modeling on the gas mixture, and the high computational complexity of the infrared spectrum data, LS-SVM optimized by particle swarm optimization (PSO) algorithm was proposed to build an infrared spectrum quantitative analysis model with feature extracted by principal component analysis (PCA). Firstly, seven feature variables were extracted by PCA as the input of the model from 550 infrared spectrum data of the main absorption apex field, so the computational complexity was reduced. This model aimed at three components of gas mixture, in which methane, ethane and propane gases are included. The concentration of each component ranged from 0.1% to 1%, 0.1% to 1% and 0.1% to 1.5% respectively. Each component quantitative analysis model was built by LS-SVM and the parameters were optimized by PSO algorithm, then the regression model would be reconstructed according to the optimal parameters. This method replaced the traditional ergodie optimization. The experiment results show that the time of offline modeling by PSOwas reduced to one fortieth of that of ergodic optimizing. The precision of the model was corresponsive. It can meet the requirement of the measure. PSO algorithm has more superior performance on global optimization and convergence speed. So it is feasible to combine PSO algorithm with LS-SVM to create the infrared spectrum quantitative analysis model. It has definite practice significance and application value.

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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