双光谱区间遗传算法及其在模型转移中的应用

作者：郑开逸; 沈烨; 张文; 周晨光; 丁福源; 张钖; 张柔佳; 石吉勇; 邹小波^*

来源：光谱学与光谱分析, 2022, 42(12): 3783-3788.

• 近红外光谱
• 模型转移
• 遗传算法
• 变量选择
• 向后迭代区间选择法

在近红外光谱分析中，将近红外光谱和浓度信息建立统计模型，通过光谱代入模型即可预测未知样本浓度。但是，检测条件的变化会导致光谱的改变，进而导致原有的模型不能准确预测光谱改变后的样本。对此，模型转移可以通过校正新测量的光谱(从光谱),使得从光谱能够被原有光谱(主光谱)建立的模型准确预测。模型转移可以使用全光谱进行校正，但是全光谱中往往包括噪声、背景等干扰信息，这些干扰会增加预测误差。故可以使用变量选择方法找出光谱中有化学意义的信息来模型转移。但是一般的变量选择算法只选择主光谱的区间，从光谱使用主光谱相同的波长区间模型转移。但是在实际工作中，主光谱和从光谱有化学意义的区间往往不一致，主从光谱使用同一区间模型转移会增加误差；此外，有时二者原光谱的波长范围并不一致，从主光谱选出的区间不能用于从光谱的校正。对此，提出了基于双光谱区间遗传算法(GA-IDS),同时选择主光谱和从光谱有化学意义的区间，进而实现模型转移。GA-IDS算法步骤包括，(1)随机产生种群；(2)分析种群中每条染色体，删去错误染色体；(3)根据每条染色体，找出其相应的主光谱和从光谱波段组合，并计算其模型转移后的验证均方根误差(RMSEV);(4)按照概率，执行选择、交叉、变异操作。在一次迭代结束之后，返回到步骤(2),重新执行纠错、计算RMSEV、选择、交叉、变异。达到停止迭代的要求后，将最低的RMSEV值所对应的染色体保存下来作为最优染色体，其所对应的主从光谱区间作为最优区间。用玉米、小麦两套数据测试了该算法，结果显示，与全光谱相比，GA-IDS选择的主从光谱区间可以显著地降低误差；与向后迭代区间选择法(IIBS)相比，在小样本情况下，GA-IDS的误差显著地小于IIBS方法。

• 出版日期2022
• 单位食品与生物工程学院; 江苏大学