[發(fā)明專利]基于LASSO回歸的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力篩選方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810465502.X
• 申請(qǐng)日: 2018-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108763673B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琦;李芳柏;劉建鋒;于煥云;孫蔚旻;郝冬梅;潘蘇紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/18;G06Q50/26;G06F111/04
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于LASSO回歸的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力篩選方法和裝置，其中方法包括以下步驟：獲取研究區(qū)域內(nèi)的解釋變量和響應(yīng)變量數(shù)據(jù)；構(gòu)建LASSO回歸模型，并執(zhí)行LASSO回歸；計(jì)算LASSO回歸中每一步的殘差平方和以及多元共線性指標(biāo)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定需要剔除的驅(qū)動(dòng)因子；以剩余的驅(qū)動(dòng)因子作為L(zhǎng)ASSO回歸模型的解釋變量，再次執(zhí)行LASSO回歸；根據(jù)再次執(zhí)行的LASSO回歸中響應(yīng)變量的系數(shù)確定驅(qū)動(dòng)因子的重要性。本發(fā)明能夠構(gòu)建較為精煉的模型，能夠在擬合廣義線性模型的同時(shí)進(jìn)行變量篩選和復(fù)雜度調(diào)整，能夠針對(duì)眾多具有多元共線性的因變量進(jìn)行準(zhǔn)確的篩選。本發(fā)明能夠廣泛應(yīng)用于環(huán)境建模領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境建模領(lǐng)域，尤其是基于LASSO回歸的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力篩選方法和裝置。

背景技術(shù)

土地利用變化是當(dāng)前全球變化研究的重要內(nèi)容，是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為與自然生態(tài)過(guò)程交互和鏈接的紐帶。土地利用變化可以通過(guò)生物物理和生物地球化學(xué)作用改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。識(shí)別土地利用變化驅(qū)動(dòng)力(驅(qū)動(dòng)因子)與土地利用變化的關(guān)系，對(duì)預(yù)測(cè)陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)全球變化，制定減緩措施起著至關(guān)重要的作用。驅(qū)動(dòng)力是指導(dǎo)致土地利用方式和目的變化的主要自然和人類因素，在自然系統(tǒng)中，氣候、土壤、水文等被認(rèn)為是主要的驅(qū)動(dòng)力類型；在社會(huì)系統(tǒng)中，人口變化、貧富狀況、技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)以及價(jià)值觀念都能夠驅(qū)動(dòng)土地利用變化。復(fù)雜的生物物理過(guò)程和人類活動(dòng)以及自然和人類過(guò)程的耦合作用使得土地利用變化驅(qū)動(dòng)力的識(shí)別復(fù)雜化加劇。因此，探索新方法識(shí)別土地利用變化驅(qū)動(dòng)力具有重大的意義。

目前大多應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型和空間模型進(jìn)行土地利用變化驅(qū)動(dòng)力的識(shí)別，基于線性或非線性相關(guān)分析土地利用變化與其驅(qū)動(dòng)力之間關(guān)系，通過(guò)自變量與因變量的回歸計(jì)算來(lái)擬合土地利用變化與驅(qū)動(dòng)力的相關(guān)關(guān)系。多元統(tǒng)計(jì)模型方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適用范圍廣，隨著創(chuàng)新的數(shù)學(xué)算法的不斷發(fā)展，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、蟻群算法、隨機(jī)森林算法等，土地利用建模方法也不斷取得新進(jìn)展。空間模型在處理土地及其驅(qū)動(dòng)力空間屬性方面也取得了很好的效果。然而，在復(fù)雜的土地系統(tǒng)中,土地利用變化驅(qū)動(dòng)力種類眾多，目前的空間模型無(wú)法很好地對(duì)眾多具有多元共線性(又稱多重共線性)的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行變量篩選。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于：提供一種基于LASSO回歸的針對(duì)眾多具有多元共線性的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力的篩選方法和裝置。

本發(fā)明所采取的第一種技術(shù)方案是：

基于LASSO回歸的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力篩選方法，包括以下步驟：

獲取研究區(qū)域內(nèi)至少兩個(gè)時(shí)間段的土地利用變化的數(shù)據(jù)以及驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)；

以土地利用變化作為L(zhǎng)ASSO回歸模型的響應(yīng)變量，以驅(qū)動(dòng)因子作為L(zhǎng)ASSO回歸模型的解釋變量，構(gòu)建LASSO回歸模型，并執(zhí)行第一次LASSO回歸；

計(jì)算第一次LASSO回歸中每一步的殘差平方和以及多元共線性指標(biāo)，根據(jù)計(jì)算得到的殘差平方和以及多元共線性指標(biāo)確定需要剔除的驅(qū)動(dòng)因子；

以土地利用變化作為L(zhǎng)ASSO回歸模型的響應(yīng)變量，以剩余的驅(qū)動(dòng)因子作為L(zhǎng)ASSO回歸模型的解釋變量，執(zhí)行第二次LASSO回歸；

根據(jù)第二次LASSO回歸中響應(yīng)變量的系數(shù)確定驅(qū)動(dòng)因子的重要性；

所述驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)包括自然地理數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，還包括以下步驟：

對(duì)驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除異常數(shù)據(jù)；

所述異常數(shù)據(jù)是指在驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)中大于μ+3σ或小于μ-3σ的數(shù)據(jù)，其中，μ表示驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)的正態(tài)總體的數(shù)學(xué)期望，σ表示驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

進(jìn)一步，還包括以下步驟：

將剔除異常數(shù)據(jù)后的剩余的驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分辨率處理。