[發(fā)明專利]基于差分進(jìn)化的組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611103973.3
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106706551B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李智;管愛紅;王珂;廉飛宇;陳衛(wèi)東
• 申請（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G06N3/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 崔旭東

本發(fā)明涉及一種基于差分進(jìn)化的組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇方法及裝置。本發(fā)明首先對初始種群進(jìn)行基于差分的變異操作和交叉操作，以得到交叉種群；然后分別利用初始種群和交叉種群從組氨酸樣品的太赫茲吸收譜中進(jìn)行選取，利用所構(gòu)造的適應(yīng)度函數(shù)分別計(jì)算初始種群和交叉種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度；并將適應(yīng)度值較大的個(gè)體保留下來，從而得到新一代種群；最后將新一代種群作為新的初始種群進(jìn)行進(jìn)化迭代，直至進(jìn)化代數(shù)達(dá)到設(shè)定閾值，并將最終代種群中適應(yīng)度值最高的個(gè)體作為所選擇的組氨酸太赫茲吸收譜波長的最優(yōu)解。本發(fā)明通過對組氨酸樣品的太赫茲吸收譜進(jìn)行逐點(diǎn)深度選擇，挑選有用信息，從而顯著提高了定量分析的精度，取得了良好的應(yīng)用效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于差分進(jìn)化的組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇方法及裝置，屬于太赫茲光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在對組氨酸樣品進(jìn)行太赫茲吸收譜定量分析中，通過實(shí)驗(yàn)得到的組氨酸樣品的原始太赫茲吸收譜通常涵蓋一段較寬的頻段，包含大量的波長點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中不僅包括信噪比較高的有用數(shù)據(jù)，也包含信噪比較低的噪聲數(shù)據(jù)以及不屬于任一組分特征的冗余數(shù)據(jù)，若直接將原始吸收譜用于定量分析勢必導(dǎo)致較高誤差，因此需要進(jìn)行適當(dāng)選擇。由于吸收譜是由一系列波長點(diǎn)數(shù)據(jù)組成的，對吸收譜數(shù)據(jù)的選擇實(shí)際上就是對波長的選擇，因而在光譜學(xué)中被定義為波長選擇(Wavelength selection)。對于太赫茲光譜定量分析領(lǐng)域而言，波長選擇對定量分析的準(zhǔn)確度至關(guān)重要，若選擇不恰當(dāng)，會導(dǎo)致較大誤差。但是目前在太赫茲光譜定量分析中，波長選擇常用的做法是人為地依據(jù)經(jīng)驗(yàn)從原始光譜中選取某一波段數(shù)據(jù)用于定量計(jì)算，而對太赫茲光譜波長選擇的機(jī)理及方法缺乏系統(tǒng)性的深入研究。

中國計(jì)量學(xué)院的王強(qiáng)教授等人分別利用偏最小二乘法(partial least squares，PLS)、區(qū)間偏最小二乘法(interval PLS，iPLS)、向后區(qū)間偏最小二乘法(backward iPLS，biPLS)以及移動窗口偏最小二乘法(moving window PLS，mwPLS)對噻苯咪唑位于0.3-1.6THz頻段內(nèi)的太赫茲特征光譜進(jìn)行了波長選擇，并對四種算法的性能進(jìn)行了細(xì)致的比較。桂林電子科技大學(xué)的陳濤等人就太赫茲光譜定量分析中的特征譜區(qū)篩選進(jìn)行了相關(guān)研究。除上述王強(qiáng)等人提出的波長選擇方法外，又采用了聯(lián)合區(qū)間偏最小二乘法(siPLS)并進(jìn)行了一系列對比。但是基于偏最小二乘的波長選擇方法，是通過將原始光譜分割成若干區(qū)間加以篩選，難免會將部分無意義數(shù)據(jù)含入其中，甚至將一些有意義數(shù)據(jù)錯(cuò)誤地拋棄，以至于所選擇的波長不合適，從而導(dǎo)致定量分析的誤差比較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于差分進(jìn)化的組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇方法，以解決目前組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇不合適而導(dǎo)致定量分析的誤差比較大的問題。同時(shí)本發(fā)明還提供了一種基于差分進(jìn)化的組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇裝置。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種基于差分進(jìn)化的組氨酸太赫茲吸收譜波長選擇方法，該選擇方法包括以下步驟：

1)隨機(jī)生成一個(gè)大小為S的初始種群X；

2)對初始種群X進(jìn)行基于差分的變異操作，以得到變異種群V，并對變異種群V進(jìn)行交叉操作，以得到交叉種群U；

3)分別利用初始種群X和交叉種群U從組氨酸樣品的太赫茲吸收譜中進(jìn)行選取，以得到初始種群X和交叉種群U中每個(gè)個(gè)體相對應(yīng)的經(jīng)過波長選擇的組氨酸樣品的重構(gòu)太赫茲吸收譜；

4)構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)，利用所構(gòu)造的適應(yīng)度函數(shù)分別計(jì)算初始種群X和交叉種群U中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度；

5)對初始種群X和交叉種群U中相對應(yīng)個(gè)體的適應(yīng)度值進(jìn)行比較，將適應(yīng)度值較大的個(gè)體保留下來，從而得到新一代種群X^next；

6)將新一代種群X^next作為新的初始種群，重復(fù)步驟2)-5)，直至進(jìn)化代數(shù)達(dá)到設(shè)定閾值，并將最終代種群中適應(yīng)度值最高的個(gè)體作為所選擇的組氨酸太赫茲吸收譜波長的最優(yōu)解。