本文摘要：摘要：利用混合蛙跳算法(SFLA)對(duì)最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立了一種基于混合蛙跳算法和最小二乘支持向量機(jī)的芹菜總黃酮提取預(yù)測(cè)模型。仿真結(jié)果表明，該預(yù)測(cè)模型提高了預(yù)測(cè)精度，性能更加穩(wěn)定，為芹菜總黃酮提取的在線預(yù)估和優(yōu)化控制提供了
摘要：利用混合蛙跳算法(SFLA)對(duì)最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立了一種基于混合蛙跳算法和最小二乘支持向量機(jī)的芹菜總黃酮提取預(yù)測(cè)模型。仿真結(jié)果表明，該預(yù)測(cè)模型提高了預(yù)測(cè)精度，性能更加穩(wěn)定，為芹菜總黃酮提取的在線預(yù)估和優(yōu)化控制提供了可靠的技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞：芹菜;混合蛙跳算法;最小二乘支持向量機(jī);總黃酮;預(yù)測(cè) 農(nóng)業(yè)期刊
黃酮類化合物是一類存在于植物中的天然產(chǎn)物，屬于植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物�，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，芹菜的莖葉中含有豐富的黃酮類物質(zhì)，其具有清除自由基、抗氧化、抑菌、抗病毒、抗癌和抗腫瘤等作用[1，2]。從芹菜中提取黃酮類物質(zhì)，以開發(fā)新型天然黃酮類藥物為目標(biāo)，促進(jìn)芹菜的深加工，已成為資源高效利用的研究熱點(diǎn)[3，4]。
目前，對(duì)芹菜總黃酮的提取主要采用堿液法、微波法、超聲波法等，而對(duì)芹菜中總黃酮含量的測(cè)定，大多采用分光光度法、光譜法等方法。這些傳統(tǒng)的提取和測(cè)定方法容易受到人為操作及環(huán)境變化等不可預(yù)見性因素的影響，造成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性降低。采用軟件方法實(shí)現(xiàn)芹菜總黃酮提取量的預(yù)測(cè)是解決此類生物量參數(shù)難以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量和控制的有效方法[5]。近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等預(yù)測(cè)方法成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[6-8]。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)要求高，對(duì)于小樣本數(shù)據(jù)應(yīng)用受到一定限制;支持向量機(jī)適用于非線性小樣本數(shù)據(jù)，但泛化能力有限，對(duì)于異常樣本預(yù)測(cè)偏差較大。
本研究采用改進(jìn)的混合蛙跳算法對(duì)最小二乘支持向量機(jī)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化建模[9，10]，避免了算法過早收斂陷入局部最優(yōu)，提高了模型的預(yù)測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)了芹菜總黃酮提取量的快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，為芹菜資源的高值化利用提供了技術(shù)支撐。
1 算法基礎(chǔ)
1.1 最小二乘支持向量機(jī)
最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)對(duì)支持向量機(jī)(SVM)進(jìn)行了改進(jìn)[11]，很好地解決了小樣本、非線性和高維數(shù)的問題，提高了求解速度和泛化能力。將非線性問題轉(zhuǎn)化為高維特征空間的線性估計(jì)問題，構(gòu)建了如下回歸函數(shù)：
其中，?滓為核寬度，對(duì)于最小二乘支持向量機(jī)，核寬度?滓和正規(guī)化參數(shù)?酌是其重要的兩個(gè)參數(shù)，它們的選取直接影響著算法的學(xué)習(xí)能力和泛化性能。
1.2 SFLA算法的改進(jìn)
1.2.1 SFLA算法的種群初始化改進(jìn)策略 由于標(biāo)準(zhǔn)SFLA算法采用隨機(jī)方式產(chǎn)生初始種群，導(dǎo)致個(gè)體分布缺乏均勻性，影響了種群的多樣性，算法的求解效率也受到限制。因此，在種群初始化階段，引入反向?qū)W習(xí)策略，確保初始種群具有多樣性，主要步驟如下所示：
1)隨機(jī)生成初始解，用集合形式表示解集為：
x=xij|xij∈[minj，maxj]，其中j=1，minj，maxj分別為第j維的下界和上界。
2)計(jì)算每個(gè)初始解對(duì)應(yīng)的反向解，公式如下所示：
其中，?孜為變異因子，N(0，1)為均值為0、方差為1的隨機(jī)量。
2 芹菜總黃酮含量的測(cè)定和預(yù)測(cè)建模
2.1 芹菜總黃酮含量的測(cè)定
將芹菜原料進(jìn)行低溫烘干粉碎后，稱取芹菜干粉1.00 g于50 mL錐形瓶中，加入一定量的乙醇浸泡，然后將浸泡好的溶液進(jìn)行超聲波提取，提取完成后抽濾、定容，作為待測(cè)液備用。取上述樣品液2.0 mL并以30%乙醇定容至5 mL，加入0.3 mL 15%NaNO2搖勻靜置6 min，再加入0.3 mL 10% Al(NO3)3，搖勻靜置6 min后加入4 mL 1 mol/L NaOH，再用蒸餾水定容，搖勻靜置15 min后測(cè)定吸光度。根據(jù)吸光度由下式計(jì)算樣品液中的總黃酮含量：
式中，m為總黃酮含量(mg/g);C為溶液中總黃酮的測(cè)定濃度(mg/mL);V1為芹菜總黃酮提取液總體積(mL);W為芹菜干粉質(zhì)量(g);V為所取待測(cè)液體積(mL)。
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