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速递:利用卷积神经网络对温带草原冠层氮浓度进行实地光谱分析

摘要:氮(N)是植物自养的重要特征,是影响陆地生态系统植物生长的主要养分,因此不仅具有根本的科学意义,而且还是作物生产力的关键因素。对冠层氮浓度(N%)进行及时的非破坏性监测需要快速且高度准确的估算,通常使用400-2500 nm光谱区域中的光谱分析法对其进行量化。然而,由于冠层结构混杂,从冠层光谱中提取一组有用的光谱吸收特征来确定N%仍然具有挑战性。深度学习是一种统计学习技术,可用于从冠层光谱中提取生化信息。我们评估了一维卷积神经网络(1D-CNN)的性能,并将其与两种最新技术进行了比较:偏最小二乘回归(PLSR)和高斯过程回归(GPR)。我们利用8年(2009年至2016年)整个新西兰的奶牛场和丘陵农场的大型,多样化的田间多季节(秋季,冬季,春季和夏季)光谱数据库(n = 7014)来开发特定季节和特定于频谱区域(VNIR和/或SWIR)的1D-CNN模型。独立验证数据集(未用于训练模型)的结果表明,一维CNN模型提供的准确度(R2 = 0.72; nRMSE%= 14)比PLSR(R2 = 0.54; nRMSE%= 19)和GPR(具有R2 = 0.62;nRMSE%= 16)。基于1D-CNN的特定季节模型显示出明显的差异(测试数据集为14≤nRMSE≤19),而测试数据集的所有季节组合模型的性能仍然更高(nRMSE%= 14)。全光谱范围模型显示出比特定光谱区域模型(仅VNIR和SWIR)更高的准确性(15.8≤nRMSE≤18.5)。此外,与PLSR(0.31)和GPR(0.16)相比,使用1D-CNN得出的预测更精确(不确定性更低),平均标准偏差(不确定区间)<0.12。这项研究证明了1D-CNN替代传统技术从冠层高光谱光谱中确定N%的潜力。

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R语言股市可视化相关矩阵:最小生成树|附代码数据

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时序预测的深度学习算法介绍

深度学习方法是一种利用神经网络模型进行高级模式识别和自动特征提取的机器学习方法,近年来在时序预测领域取得了很好的成果。常用的深度学习模型包括循环神经网络(RNN)、长短时记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、卷积神经网络(CNN)、注意力机制(Attention)和混合模型(Mix )等,与机器学习需要经过复杂的特征工程相比,这些模型通常只需要经数据预处理、网络结构设计和超参数调整等,即可端到端输出时序预测结果。深度学习算法能够自动学习时间序列数据中的模式和趋势,神经网络涉及隐藏层数、神经元数、学习率和激活函数等重要参数,对于复杂的非线性模式,深度学习模型有很好的表达能力。在应用深度学习方法进行时序预测时,需要考虑数据的平稳性和周期性,选择合适的模型和参数,进行训练和测试,并进行模型的调优和验证。来源:轮回路上打碟的小年轻(侵删)

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