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复杂凝聚态体系中近红外光谱信号的信息提取及定量表示

2020-11-23阅读(78)

复杂凝聚态体系中近红外光谱信号的信息提取及定量表示

论文摘要

本论文采用二甲苯三种同分异构体混合物样品的近红外光谱数据,对近红外光谱模型建立中的信息提取和信息量的定量表示进行了系统性研究。该研究对近红外预测模型预测准确度的提高、近红外光谱中所含信息量的增强和信息量的定量表示具有重要的指导意义和应用价值。本论文对比研究了近红外光谱信息提取中的几种连续波段的选择方法,指出了多重共线性对预测模型精确度的严重危害性。首次提出在同分异构体组分混合物的近红外光谱数据处理中使用差谱技术选择光谱波段,可以部分克服多重共线性问题,提高模型的预测准确度;特别对相关系数法进行了系统性研究,指出了该方法的优缺点,首次指明了相关系数与近红外光谱数据体系中经过PCA提取出来的主要的主成分载荷之间的相似关系,对主成分物理意义的解释有一定的指导意义。首次深入研究了互相关分析方法在近红外光谱信息提取中的作用,理论推导出了近红外光谱信号经过互相关运算后,在一定的条件下变换后的光谱信号强度和目标组分的浓度呈线性关系,经过互相关分析后目标组分的光谱质量得到了提升;首次将互相关算法应用到近红外光谱模型的传递中,通过对不同类型近红外光谱仪器采集到的同一种混合物体系的近红外光谱进行互相关分析,突显出了不同光谱仪器间存在的固有差别,发现通过补偿的办法可以弥补这个差别,从而起到模型传递的作用。首次将信息论的部分概念和观点引入到近红外光谱的分析领域,从信息论的角度,重新审视了近红外光谱的数据结构;首次采用组分熵对近红外光谱数据的重叠程度进行了定量表示,在对高度重叠的二甲苯三种同分异构体的近红外光谱数据的分析中取得了良好的效果;在改进多组分数据体系经PCA分解后的信息量增益公式的基础上,首次提出一种加权重的熵代数来定量表示多组分近红外光谱中所含有的信息量,并采用该代数来评价近红外光谱预处理操作对数据的变换品质,通过实验分析证实了该代数可以有效地表征近红外光谱数据中的信息增益,清晰地区分近红外光谱预处理对最终预测结果准确度的好坏影响。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 第一章 绪论
  • 第一节 本论文研究的目的和意义
  • 第二节 国内外研究的现状
  • 1.2.1 近红外光谱模型建立中的波段选择算法研究现状
  • 1.2.2 互相关分析在近红外光谱分析中的应用现状
  • 1.2.3 信息论在近红外光谱分析中的应用现状
  • 第三节 本论文研究的内容
  • 参考文献
  • 第二章 近红外光谱及近红外光谱技术
  • 第一节 引言
  • 第二节 近红外光谱信号产生的物理机制
  • 第三节 近红外光谱的特征
  • 第四节 近红外光谱仪器发展历史及硬件构成
  • 2.4.1 近红外光谱仪器的发展历史
  • 2.4.2 近红外光谱仪器的硬件构成
  • 第五节 近红外光谱技术的优点与局限性
  • 2.5.1 近红外光谱的优点
  • 2.5.2 近红外光谱的局限性
  • 第六节 近红外光谱技术的应用
  • 第七节 近红外光谱技术中的化学计量学方法
  • 2.7.1 化学计量学在近红外光谱预处理中的应用
  • 2.7.2 化学计量学在近红外光谱模型建立中的应用
  • 2.7.3 模型预测结果的评价
  • 第八节 本章小节
  • 参考文献
  • 第三章 近红外光谱预测模型建立中的波段选择方法
  • 第一节 引言
  • 第二节 实验样品的配制和近红外光谱数据的采集
  • 3.2.1 实验样品的配制
  • 3.2.2 实验样品近红外光谱数据的采集
  • 第三节 同分异构体组分的近红外光谱特点
  • 第四节 差谱法选择信息区
  • 第五节 显变分析波段选择法
  • 第六节 相关系数波段选择法
  • 3.6.1 近红外光谱相关系数曲线的特点
  • 3.6.2 采用相关系数法选择波段提高预测模型的准确度
  • 3.6.3 相关系数与 PCA 主成分载荷之间的相似性
  • 第七节 间隔偏最小二乘回归波段选择法
  • 第八节 窗口平移偏最小二乘回归波段选择法
  • 第九节 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 增强近红外光谱信息的互相关分析方法
  • 第一节 引言
  • 第二节 互相关算法原理和性质
  • 第三节 互相关分析在去除噪声中的应用
  • 第四节 互相关分析在两组分混合物近红外光谱数据体系中的应用
  • 4.4.1 两组分混合物体系互相关理论分析
  • 4.4.2 两组分混合物体系模拟数据的互相关分析
  • 第五节 互相关分析在近红外模型传递中的应用
  • 4.5.1 互相关分析用于模型传递的基本原理
  • 4.5.2 互相关分析用于模型传递的实验验证
  • 第六节 本章小节
  • 参考文献
  • 第五章 信息论在近红外光谱分析中的应用
  • 第一节 引言
  • 第二节 采用组分熵定量表示近红外光谱的重叠度
  • 第三节 近红外光谱中信息的定量表示方法
  • 5.3.1 采用PCA 信息量增益对近红外数据平滑操作进行定量评价
  • 5.3.2 采用加权熵代数对近红外数据平滑操作进行定量评价
  • 5.3.3 采用加权熵代数对近红外数据微分操作进行定量评价
  • 第四节 本章小节
  • 参考文献
  • 第六章 总结与展望
  • 第一节 总结
  • 第二节 展望
  • 致谢
  • 个人简介及博士期间的研究成果

    • 相关论文文献

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