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改进支持向量机在棉铃虫人工饲料配方优化中的应用

作　者: 李俊
导　师: 袁哲明
学　校: 湖南农业大学
专　业: 农业昆虫与害虫防治
关键词: 棉铃虫人工饲料均匀设计支持向量回归配方优化
分类号: S435.622
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

发展新的实验设计与分析方法,通过实施尽可能少的实验获得满意配方对动植物营养、发酵工程等复杂多因素多水平寻优问题极为重要。本文在改进支持向量回归机(support vector regression, SVR)的基础上结合均匀设计(uniform design, UD),将其引入棉铃虫人工饲料配方优化设计与分析,建立了UD-SVR配方优化体系,为多因素多水平的配方优化试验设计与分析提供了一种新的有效途径。(1)基于UD-SVR对棉铃虫半纯人工饲料配方进行了优化。在考虑6个因素时仅通过2轮22个实验,表征配方优劣的指标-平均蛹重即由初始的0.2436g高效提升至0.3044g,明显优于二次多项式偏最小二乘回归等经验风险最小参比模型。优化后的满意配方为(1000mL)：黄豆粉172g/L，麦麸14.4g/L,酵母浸膏68g/L,蔗糖21.2g/L,菜籽油2滴/L,维生素C片40粒/L(其它成分用量用量同基准配方)。UD-SVR表现出预测精度高、指导性强、可解释性好、优化高效等优势,有望在多因素多水平配方优化中得到广泛应用。(2)基于均匀设计对棉铃虫全纯人工饲料配方进行了初探性的研究。以苹浅褐卷蛾(Epiphyas postvittana)全纯饲料配方为参照,在考虑20个因素时从28个实验方案中筛选得到了10个有效配方,其中最优配方饲养的棉铃虫平均蛹重达到0.1887g,而以原苹浅褐卷蛾配方饲养的棉铃虫则几乎不能存活。最优配方为(100mL)：精氨酸140mg,蛋氨酸35mg,亮氨酸270mg,异亮氨酸160mg,赖氨酸220mg,苯丙氨酸85mg,苏氨酸75mg,色氨酸40mg,缬氨酸227mg,组氨酸110mg,丝氨酸120mg,酪氨酸145mg,脯氨酸144mg,天冬氨酸320mg,半胱氨酸98mg,谷氨酸165mg,甘氨酸45mg,丙氨酸60mg,天冬酰胺130mg,谷氨酰胺150mg(其它成分用量用量同基准配方),可以考虑将其作为下一步UD-SVR优化的基准配方,明确了今后棉铃虫全纯人工饲料优化方向和重点。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章前言  11-25
  1.1 昆虫人工饲料概述  11-17
    1.1.1 昆虫人工饲料的类别  11-12
    1.1.2 昆虫人工饲料的营养组成  12-15
    1.1.3 昆虫人工饲料研制的基本原则  15-17
  1.2 棉铃虫的人工饲料与人工饲养概述  17-21
    1.2.1 棉铃虫的生物学特性与营养食性  17-19
    1.2.2 棉铃虫的人工饲料  19-20
    1.2.3 棉铃虫的人工饲养  20-21
  1.3 均匀设计与配方优化概述  21-22
    1.3.1 均匀设计  21-22
    1.3.2 昆虫人工饲料配方优化  22
  1.4 支持向量机概述  22-25
    1.4.1 机器学习与统计学习理论  23-24
    1.4.2 支持向量机  24-25
第二章支持向量回归的改进与UD-SVR配方优化体系的构建  25-38
  2.1 支持向量机原理  25-33
    2.1.1 机器学习  25-26
    2.1.2 VC维理论  26
    2.1.3 经验风险最小原则、推广性的界与结构风险最小原则  26-28
    2.1.4 核函数(Kernel)  28-29
    2.1.5 支持向量分类  29-31
    2.1.6 支持向量回归  31-33
  2.2 支持向量回归应用中存在的问题  33-34
  2.3 支持向量回归的应用框架与改进  34-36
    2.3.1 Jackknife检验  34
    2.3.2 核函数的选择  34
    2.3.3 变量筛选及其强制汰选  34-35
    2.3.4 双重留一法与模型预测性能评估  35-36
  2.4 UD-SVR的整体优化体系  36-38
    2.4.1 UD-SVR-1  36
    2.4.2 UD-SVR-2  36-37
    2.4.3 UD-SVR优化体系流程图  37-38
第三章基于UD-SVR的棉铃虫半纯人工饲料配方优化  38-50
  3.1 实验材料与方法  38-42
    3.1.1 供试虫源  38
    3.1.2 试剂与仪器设备  38-39
    3.1.3 基准人工饲料配方及配制方法  39
    3.1.4 棉铃虫的简易饲养管理  39-40
    3.1.5 LIBSVM的使用方法  40-42
  3.2 结果与分析  42-49
    3.2.1 基准配方及各因素上下限  42-43
    3.2.2 第1轮均匀设计  43-44
    3.2.3 最优核函数选择与非线性变量筛选  44-45
    3.2.4 模型评估  45
    3.2.5 第2轮实验设计  45-49
  3.3 结论与讨论  49-50
第四章基于均匀设计的棉铃虫全纯人工饲料配方优化  50-59
  4.1 实验材料与方法  50-53
    4.1.1 供试虫源  50
    4.1.2 试剂与仪器设备  50-51
    4.1.3 基准人工饲料配方及配制方法  51-53
  4.2 结果与分析  53-57
    4.2.1 基准配方及各因素上下限  53
    4.2.2 均匀设计  53-57
  4.3 结论与讨论  57-59
第五章总结与展望  59-61
  5.1 主要结论  59
  5.2 创新点  59-60
  5.3 今后研究方向  60-61
参考文献  61-70
附图  70-71
致谢  71-72
作者简历  72

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