[發(fā)明專利]基于核學(xué)習(xí)技術(shù)的青霉素生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410129944.9
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103903065A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛志強(qiáng);宋執(zhí)環(huán)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種基于核學(xué)習(xí)技術(shù)的青霉素生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）利用集散控制系統(tǒng)收集青霉素生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)組成建模用的三維訓(xùn)練樣本集：X∈R^I×J×K，其中，R為實(shí)數(shù)集，表示X服從I×J×K的三維數(shù)據(jù)分布，I為該工況下的批次數(shù)目，J為變量個(gè)數(shù)，K為每個(gè)批次的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫；

（2）將步驟1中的三維數(shù)據(jù)矩陣X沿著批次方向展開為I×JK二維數(shù)據(jù)矩陣，對其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，即使得各個(gè)過程變量的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)矩陣集為

（3）基于矩陣集再重新沿著時(shí)間點(diǎn)方向?qū)γ恳粋€(gè)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行排列，得到最終的數(shù)據(jù)樣本集為

（4）通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對應(yīng)的青霉素產(chǎn)品濃度指標(biāo)，記為y∈R^KI，并對其進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化之后的青霉素濃度指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣

（5）針對歸一化之后的過程變量和青霉素產(chǎn)品濃度數(shù)據(jù)，建立關(guān)聯(lián)向量回歸模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用；

（6）收集新的青霉素生產(chǎn)過程批次數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化；

（7）將歸一化之后的新數(shù)據(jù)直接輸入到關(guān)聯(lián)向量回歸模型中，在線預(yù)測該批次青霉素產(chǎn)品的濃度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于核學(xué)習(xí)技術(shù)的青霉素生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟5具體為：將歸一化之后的過程變量矩陣作為模型的輸入，歸一化之后的青霉素濃度指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣作為模型的輸出，建立如下的關(guān)聯(lián)向量回歸非線性模型：

y=f(x,w)+e

其中，f(·)為非線性函數(shù)，e為獨(dú)立同分布的高斯噪聲，即e～N(0,σ²)，x為批次中的樣本，w為權(quán)重向量；結(jié)合核函數(shù)的概念，上述關(guān)聯(lián)向量回歸模型可以表示為核函數(shù)的形式，如下所示：

f(x,w)=Σi=1KIwiK(x,xi)+w0=Σi=0KIwiψ(x)]]>

其中，x為選定的批次中的單個(gè)樣本，x_i為其他的單個(gè)樣本。w=[w₀,w₁,w₂,…,w_KI]為核函數(shù)矩陣ψ(x)=[1,K(x,x₁),K(x,x₂),…,K(x,x_KI)]^T的權(quán)重向量；K(g)為核函數(shù)，代表高維空間的內(nèi)積；I為該工況下的批次數(shù)目，J為變量個(gè)數(shù)，K為每個(gè)批次的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，為了得到最優(yōu)的參數(shù)向量w=[w₀,w₁,w₂,…,w_KI]，需要對如下的參數(shù)后驗(yàn)概率進(jìn)行最優(yōu)化：

p(w|y,α,σ2)=p(y|w,σ2)p(w|α)p(y|α,σ2)=1(2π)(KI+1)/2|Σ|-1/2exp{-12(w-μ)TΣ-1(w-μ)}]]>

其中，p(·)為概率密度函數(shù)，p(w|α)表示后驗(yàn)概率，代表在a存在的情況下w發(fā)生的概率；y為模型的輸出變量，α為參數(shù)向量，Σ為協(xié)方差，μ為均值，σ²為方差，T為矩陣的轉(zhuǎn)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于核學(xué)習(xí)技術(shù)的青霉素生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟7具體為：對于一個(gè)新的批次數(shù)據(jù)x_new，將其歸一化之后得到直接輸入到關(guān)聯(lián)向量回歸模型中，在線計(jì)算該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對應(yīng)的模型輸出值，即青霉素生產(chǎn)過程當(dāng)前批次的濃度預(yù)測值計(jì)算如下：

y‾new=wTψ(x‾new)]]>

其中，ψ(x‾new)=[1,K(x‾new,x1)K(x‾new,x2),···,K(x‾new,xn)]T]]>為該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對應(yīng)的核函數(shù)矩陣；x_n表示第n個(gè)批次樣本，w=[w₀,w₁,w₂,…,w_KI]為核函數(shù)矩陣ψ(x)=[1,K(x,x₁),K(x,x₂),…,K(x,x_KI)]^T的權(quán)重向量，T為矩陣的轉(zhuǎn)置。