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机器学习模型预测全髋关节置换术后病人谵妄风险的效能研究
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作者 张小英 刘伟 +2 位作者 谢美英 周建国 杨佳 《护理研究》 北大核心 2026年第6期894-905,共12页
目的:基于可解释的机器学习(ML)模型预测全髋关节置换术后病人谵妄风险,为病人制定个性化干预方案提供参考。方法:选取2020年1月-2024年12月在赣州市人民医院接受全髋关节置换术的622例病人为研究对象。于术后1~3 d采用意识模糊评估表(C... 目的:基于可解释的机器学习(ML)模型预测全髋关节置换术后病人谵妄风险,为病人制定个性化干预方案提供参考。方法:选取2020年1月-2024年12月在赣州市人民医院接受全髋关节置换术的622例病人为研究对象。于术后1~3 d采用意识模糊评估表(CAM)判断病人是否出现术后谵妄。通过Boruta算法筛选术后谵妄风险重要特征变量。以7∶3比例将622例病人随机分为训练集(442例)和测试集(180例),构建和训练9种机器学习模型并进行十倍交叉验证。采用受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)评估最佳机器学习模型。使用决策曲线分析评估模型临床实用价值。使用SHapley加法解释(SHAP)条形图、摘要图、依赖图和力图解释和可视化机器学习模型。结果:622例全髋关节置换术病人的术后谵妄发生率为30.87%。Boruta算法筛选出9个术后谵妄风险重要特征变量,根据特征重要性评分(Z值)由高至低依次为C反应蛋白(CRP)、麻醉持续时间、白蛋白(ALB)、年龄、总胆红素(TB)、空腹血糖(FBG)、术中失血量(IBL)、糖尿病史、脑血管病(CSD)。多因素Logistic回归分析结果显示,年龄、ALB、TB、FBG、CRP、麻醉持续时间是全髋关节置换术后病人谵妄的独立影响因素(均P<0.05)。XGBoost模型在训练集和测试集中均表现优异,对于预测全髋关节置换术后病人谵妄风险具有最优的稳健性与预测效能。基于SHAP对XGBoost模型进行解释和可视化,显示XGBoost模型能以极高准确度预测全髋置换术后病人谵妄风险。结论:年龄、ALB、TB、FBG、CRP、麻醉持续时间是全髋关节置换术后病人谵妄的重要影响因素,XGBoost模型在全髋关节置换术后病人谵妄中的预测价值较高。 展开更多
关键词 全髋关节置换术 术后谵妄 影响因素 机器学习 Boruta算法 SHapley加法解释(SHAP) XGBoost模型
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基于机器学习的VOCs污染控制催化剂构效关系模型
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作者 刘芳 荆月坤 +2 位作者 邹涛阳 赵金刚 宋宜璇 《实验技术与管理》 北大核心 2026年第1期188-197,共10页
该文将机器学习与SHAP解释相结合,研究了挥发性有机化合物(VOCs)污染控制领域锰基催化剂构效关系。在收集1 607组锰基催化剂低温催化氧化VOCs实验参数的基础上,该文通过构建预测模型,阐明锰基催化剂在甲苯低温催化氧化中的构效关系。结... 该文将机器学习与SHAP解释相结合,研究了挥发性有机化合物(VOCs)污染控制领域锰基催化剂构效关系。在收集1 607组锰基催化剂低温催化氧化VOCs实验参数的基础上,该文通过构建预测模型,阐明锰基催化剂在甲苯低温催化氧化中的构效关系。结果表明,基于随机森林缺失值插补的XGBoost模型预测性能最佳。SHAP分析显示,操作温度与催化剂比表面积的协同效应对VOCs去除效率至关重要,增大催化剂比表面积可增强该协同效应,并放大操作温度的影响,为催化剂优化设计提供理论参考。该研究不仅有助于学生理解机器学习在催化剂构效关系领域的应用,还能使其掌握机器学习的过程分析与结果分析方法。 展开更多
关键词 VOCS 低温催化氧化 机器学习 XGBoost模型 SHAP分析
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基于机器学习的流线型箱梁颤振导数预测
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作者 王冲 郑史雄 +3 位作者 张令 罗茂力 李桥 周梅林 《铁道标准设计》 北大核心 2026年第1期93-100,共8页
为快速评估大跨度流线型箱梁初步设计阶段的颤振性能,基于机器学习(ML)方法对流线型箱梁的颤振导数进行预测和分析。首先,确定ML模型的输入参数(4个断面尺寸参数和1个无量纲折算风速),以苏通大桥为例,基于风洞试验对CFD数值模拟方法进... 为快速评估大跨度流线型箱梁初步设计阶段的颤振性能,基于机器学习(ML)方法对流线型箱梁的颤振导数进行预测和分析。首先,确定ML模型的输入参数(4个断面尺寸参数和1个无量纲折算风速),以苏通大桥为例,基于风洞试验对CFD数值模拟方法进行验证,预设75组流线型箱梁断面形状数据,通过CFD计算75组断面的颤振导数,获得511组颤振导数的数据集;然后,选择5种代表性的ML算法,即支持向量机(SVM)、人工神经网(ANN)、集成神经网络、随机森林(RF)和CatBoost,搭建流线型箱梁颤振导数ML预测模型,开展模型的超参数优化及其预测性能评估;最后,基于SHAP方法,结合性能优异的CatBoost模型,对流线型箱梁断面尺寸输入参数重要性进行分析。结果表明:SVM和RF算法在H_(2)^(*)和H_(4)^(*)上预测性能较差,明显不及其他3种算法,在其他颤振导数(H_(1)^(*)、H_(3)^(*)和A_(1)^(*)~A_(4)^(*))上预测性能较佳,ANN、集成神经网络和CatBoost算法适用于全部颤振导数,其中集成神经网络颤振导数的预测性能优于ANN,表现最佳的是CatBoost,在测试集上,该模型对4个关键颤振导数的R^(2)均达到0.996以上;5种算法对于H_(2)^(*)和H_(4)^(*)两个颤振导数的预测性能不及在其他颤振导数的预测性能;大部分颤振导数最大的影响参数是斜腹板倾角α,颤振的4个关键颤振导数受斜腹板倾角α、S/B的影响较大。 展开更多
关键词 流线型箱梁 颤振导数 机器学习 SHAP CFD
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基于空洞因果卷积的学生成绩预测及分析方法
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作者 赖英旭 张亚薇 +1 位作者 庄俊玺 刘静 《北京工业大学学报》 北大核心 2026年第3期252-267,共16页
针对使用循环神经网络对学生长序列行为数据进行特征提取存在梯度消失或爆炸、长期依赖关系提取能力不足、深度学习模型缺乏可解释性等问题,提出一种面向长序列数据的空洞因果卷积(dilated causal convolution,DCC)成绩预测及分析方法... 针对使用循环神经网络对学生长序列行为数据进行特征提取存在梯度消失或爆炸、长期依赖关系提取能力不足、深度学习模型缺乏可解释性等问题,提出一种面向长序列数据的空洞因果卷积(dilated causal convolution,DCC)成绩预测及分析方法。首先,采用生成对抗网络(generative adversarial network,GAN)生成符合少数类学生原始行为数据分布规律的新样本,并将新样本加入学生数据集中以达到均衡数据集的目的;然后,提出一种基于DCC的成绩预测模型,DCC和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)相结合的结构提高了模型对长序列数据依赖关系的提取能力;最后,使用沙普利加性解释(Shapley additive explanations,SHAP)方法并结合三因素理论对影响学生成绩的因素进行重要性分析和解释。在公开数据集上的实验结果表明,在成绩预测任务中提出的方法与基线方法相比,加权F1分数提高了约6个百分点,并进一步验证了所提方法中关键模块的有效性和模型的泛化能力。此外,通过对比优秀学生和风险学生的学习特点发现,良好的学习习惯、课堂学习的主动性以及不同行为环境等因素会对学生成绩产生重要影响。 展开更多
关键词 学生成绩预测 空洞因果卷积(dilated causal convolution DCC) 不均衡数据 生成对抗网络(generative adversarial network GAN) 沙普利加性解释(Shapley additive explanations SHAP)方法 成绩影响因素分析
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基于SBAS-InSAR的沿海城市地表沉降监测与可解释性分析
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作者 刘洋 丁恺 +8 位作者 郑枭于 柳翠明 陈可蕴 赵林峰 邵振峰 唐曾杨 龙奇勇 陈国梁 马潮华 《测绘地理信息》 2026年第1期79-87,共9页
针对沿海城市城市化和工业化进程中日益严重的地表沉降问题,本研究以粤港澳大湾区内具有重要战略地位的广州市南沙区为研究对象,2019年6月至2023年10月共27景Sentinel-1A影像数据为数据源,采用小基线集干涉技术(SBAS-InSAR)对研究区域... 针对沿海城市城市化和工业化进程中日益严重的地表沉降问题,本研究以粤港澳大湾区内具有重要战略地位的广州市南沙区为研究对象,2019年6月至2023年10月共27景Sentinel-1A影像数据为数据源,采用小基线集干涉技术(SBAS-InSAR)对研究区域在城市发展和基础设施阶段的地表沉降现象进行长时序动态监测与分析,并通过可解释性机器学习模型定量分析区域地表沉降影响因素。研究获取了南沙区高精度地表累积沉降量和年均沉降速率的时空分布图。分析结果显示:研究区域在2019年6月到2023年10月最大年均沉降速率为-28.73 mm/a地表沉降呈现出显著的空间异质性,沉降活动区域正在向内陆扩张。地形因素与地表沉降现象存在非线性关系,气温、降雨和城市化进程对地表沉降现象有着显著的影响。目前,区域大部分地表处于沉降发展的初期阶段,具有很大的治理和预防空间。区域地表沉降的主要原因包括软土层厚度大、大型基础设施建设密集以及地下水开采过度。本研究为沿海城市的地质安全和可持续发展提供了基础的数据支持。 展开更多
关键词 Sentinel-1 地表沉降 小基线集干涉技术 可解释性机器学习 SHAP
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基于RFECV和小波降噪混合模型的区域物流预测
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作者 贾凯威 姜惠娴 《公路交通科技》 北大核心 2026年第2期184-194,共11页
【目标】区域物流需求的精确预测是区域物流发展战略制定的重要依据,为提升低频高维数据环境下区域物流预测的精度,建立混合模型对区域物流数据进行预测分析。【方法】首先构建辽宁省区域物流年度数据特征集,使用RFECV方法对影响辽宁省... 【目标】区域物流需求的精确预测是区域物流发展战略制定的重要依据,为提升低频高维数据环境下区域物流预测的精度,建立混合模型对区域物流数据进行预测分析。【方法】首先构建辽宁省区域物流年度数据特征集,使用RFECV方法对影响辽宁省区域物流的指标进行选取,并引入小波降噪方法对选取指标进一步清洗,构建最优特征数据集;其次在使用RFECV方法的基础上,基于降噪前后的数据集分别采用GM(1,N)、BP、XGBoost、LSTM、GRU进行预测,比较不同预测模型的预测精度。并进一步引入SHAP模型对区域物流预测模型进行可视化分析,同时采用ArcGIS对区域经济与物流联系强度进行可视化分析。【结果】数据降噪后的预测效果普遍优于降噪前,各模型的MAPE值从6%~9%降到5%~8%,降噪后的数据集在后续预测中可提高模型的预测精度,XGBoost模型的预测效果在降噪前后均表现出极强的稳定性与可解释性,降噪后MAPE为5.897%。对XGBoost进行SHAP可视化分析可知地区生产总值在辽宁省区域物流预测中贡献最大。【结论】对数据特征集采用“RFECV+小波降噪”的处理方式可以提升模型预测结果的准确性。XGBoost预测模型的稳定性和可解释性为区域物流发展提供进一步的参考。 展开更多
关键词 物流工程 区域物流预测 RFECV 小波降噪 XGBoost SHAP
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数据驱动的资源受限项目调度问题求解器推荐研究
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作者 曾鸣 戴业东 刘万安 《计算机工程与应用》 北大核心 2026年第5期346-363,共18页
资源受限项目调度问题(RCPSP)广泛存在于工程管理等领域,高效求解该问题对项目管理至关重要。然而,RCPSP固有的NP-hard特性,使得现有求解方法的性能表现出强烈的项目实例依赖性,难以找到一种通用的高效算法。为此,提出一种基于数据驱动... 资源受限项目调度问题(RCPSP)广泛存在于工程管理等领域,高效求解该问题对项目管理至关重要。然而,RCPSP固有的NP-hard特性,使得现有求解方法的性能表现出强烈的项目实例依赖性,难以找到一种通用的高效算法。为此,提出一种基于数据驱动的RCPSP求解器推荐框架,实现针对不同项目实例的智能化算法选择,从而克服现有算法选择方案的盲目性,提升求解效率。该框架的构建源于对RCPSP问题特征与算法性能之间复杂关系的洞察,试图利用机器学习方法挖掘这种潜在关系,并将其转化为指导算法选择的知识。构建了包含网络拓扑、资源和时间三个维度特征集的RCPSP求解算法推荐数据集;结合特征选择方法提取最优特征子集,构建基于树集成算法的推荐模型,以学习这种复杂映射关系的内在规律,实现精准的算法推荐;利用SHAP模型对推荐模型进行归因分析,剖析影响算法选择的关键项目特征,为项目管理人员提供更具解释性的决策支持。实验结果表明,所提出的推荐框架在四个数据集上的推荐准确率均超过70%,且在各项指标上均优于其他推荐算法。资源强度、项目工期下界和网络宽度等特征被证实对算法选择具有重要影响,该研究验证了数据驱动方法在破解RCPSP算法选择难题方面的可行性和有效性,为项目管理人员提供了科学化、智能化的算法选择方案,有效降低了决策难度,有助于提升项目管理效率。 展开更多
关键词 资源受限项目调度 求解器推荐 数据驱动 树集成算法 SHAP模型
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基于电子健康记录数据与机器学习的中老年女性骨质疏松两阶段筛查模型
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作者 吴英飞 李金铭 +5 位作者 陈怡洁 张艺超 袁贞明 孙晓燕 俞凯 张治芬 《杭州师范大学学报(自然科学版)》 2026年第1期16-26,共11页
针对中老年女性骨质疏松(osteoporosis,OP)患病率高而基层医疗机构筛查手段不足的问题,利用多中心电子健康记录数据与机器学习技术构建中老年女性骨质疏松两阶段筛查模型(integration of categorical boosting and attentive interpreta... 针对中老年女性骨质疏松(osteoporosis,OP)患病率高而基层医疗机构筛查手段不足的问题,利用多中心电子健康记录数据与机器学习技术构建中老年女性骨质疏松两阶段筛查模型(integration of categorical boosting and attentive interpretable tabular learning for osteoporosis screenig,OP-CatNet).初步筛查阶段采用分类提升树(categorical boosting,CatBoost)模型基于个人健康数据进行骨质疏松初步筛查,准确率达到86.88%,敏感性为81.19%,特异性为88.71%,显示出良好的筛查效果.在深化筛查阶段,采用表格网络(attentive interpretable tabular leavning,TabNet)模型结合实验室检查数据与初步筛查决策,准确率达到92.06%,敏感性提升至81.41%,特异性达95.41%,筛查性能明显提升.此外,深化筛查阶段利用夏普利加性解释(SHapley additive exPlanations,SHAP)方法进行模型的全局可解释性分析,结合TabNet的局部可解释性特点,使模型预测结果更具透明度和可信度. 展开更多
关键词 分类提升树 表格网络模型 骨质疏松筛查 机器学习 SHAP 可解释性
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基于“季节-源汇”下的山东大学主城区热环境驱动因素分析
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作者 范强 相梦雪 +1 位作者 张兵 王丽芳 《生态环境学报》 北大核心 2026年第1期75-87,共13页
地表温度(LST)作为衡量城市热环境的关键指标,其时空分异特征与驱动机制已成为当前研究的前沿方向。传统线性模型在解析热环境系统的非线性动力学特征时存在局限性,而LightGBM模型结合Shapley加性解释(SHAP)的可解释性算法为揭示复杂驱... 地表温度(LST)作为衡量城市热环境的关键指标,其时空分异特征与驱动机制已成为当前研究的前沿方向。传统线性模型在解析热环境系统的非线性动力学特征时存在局限性,而LightGBM模型结合Shapley加性解释(SHAP)的可解释性算法为揭示复杂驱动机制提供了新方法。该研究针对现有研究中“源-汇”尺度景观效应量化与季节动态机制解析的不足,创新性地构建了以局地气候区为依托的“季节-源汇”二维分析框架。以山东大学主城区为研究区,融合多源遥感数据与地理空间数据,深入探究了城市空间形态、自然环境要素及人类活动对LST的耦合影响机制,量化分析了9类驱动因子在四季“源-汇”景观中对LST的贡献度,发现自然环境因素在城市热环境调控中占据主导地位,数字高程、归一化植被指数和改进归一化水体指数是关键调控因子。城市空间形态对LST的影响虽小于自然环境因素,但建筑容积率、天空开阔度和建筑覆盖率等因素仍具有显著作用。人类活动对LST的影响相对较小,但兴趣点数据和道路密度在局部区域仍存在一定的影响。这些发现为不同季节和源汇区域的差异化规划提供了战略性建议,为城市热环境管理提供了科学依据。应充分利用自然环境资源,合理规划建筑布局,以优化城市热环境,提升城市生态宜居性。 展开更多
关键词 城市热岛效应 LightGBM模型 Shapley加性解释(SHAP) “源-汇”尺度 季节 局地气候区(LCZ)
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基于TPE优化集成学习的岩石弹性模量预测模型
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作者 孟祥龙 王胜建 +5 位作者 朱迪斯 马彦彦 李大勇 迟焕鹏 张家政 岳伟民 《地质科技通报》 北大核心 2026年第1期342-350,共9页
油气工程中常利用地球物理资料获取地层弹性模量并结合小样本的岩心实验数据进行校正,但这种方法在复杂地质条件下往往表现不佳。为提高岩石弹性模量的预测精度和泛化能力,提出了一种利用基本岩石物性参数的弹性模量智能预测模型。分别... 油气工程中常利用地球物理资料获取地层弹性模量并结合小样本的岩心实验数据进行校正,但这种方法在复杂地质条件下往往表现不佳。为提高岩石弹性模量的预测精度和泛化能力,提出了一种利用基本岩石物性参数的弹性模量智能预测模型。分别采用3种集成学习算法(RandomForest,XGBoost,LightGBM)构建了岩石弹性模量智能预测模型,并采用TPE方法对模型进行超参数优化,最后利用SHAP归因分析探讨了各输入变量对模型的贡献。结果表明:①提出的智能预测模型明显优于传统模型,能够实现弹性模量的精确预测并具有较强的泛化能力,其中XGBoost模型表现最佳(决定系数R2=0.87,均方根误差RMSE=6.94,平均绝对误差MAE=4.96);②横波速度对模型贡献最大,纵波速度次之,密度最小,精确横波波速对弹性模量预测有重要意义。该方法无需对工区及地层进行预先识别即可实现弹性模量的精准预测,研究成果对油气工程设计及实施有重要参考意义。 展开更多
关键词 弹性模量 TPE 集成学习 SHAP 横波
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融合大数据挖掘的全球松树树高与关键环境因子关联解析
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作者 许恩浩 张怀清 +2 位作者 李丹 于鹏 云挺 《东北林业大学学报》 北大核心 2026年第4期93-104,共12页
针对现有松树树高研究多限于区域尺度,缺乏对全球树高空间格局及其驱动机制的系统解析的不足,基于大数据驱动的研究范式,系统整合了来自GBIF、TRY、GEDI、NOAA、NCEP、GPCC、HWSD等10余个全球公开数据源,构建了一个融合植物分布、冠层... 针对现有松树树高研究多限于区域尺度,缺乏对全球树高空间格局及其驱动机制的系统解析的不足,基于大数据驱动的研究范式,系统整合了来自GBIF、TRY、GEDI、NOAA、NCEP、GPCC、HWSD等10余个全球公开数据源,构建了一个融合植物分布、冠层高度、水热气候与土壤理化性质的多维环境属性数据集。采用SHAP可解释机器学习框架,系统评估了10余项因子对树高的贡献度与作用方向。研究揭示了全球松树树高的形成受气候、土壤与生物因子的非线性交互驱动。基于SHAP的可解释分析表明,降水与太阳辐射量是主导性的气候因子,平均贡献度(该因子的SHAP均值占所有特征SHAP均值总和的百分比)分别为12.89%与10.21%,而全氮是关键的土壤影响要素,对海岸松(Pinus pinaster)与欧洲黑松(Pinus nigra)贡献度分别为17.10%与11.70%。各因子的驱动作用存在显著的物种特异性与明确阈值,如多数树种树高在月降水量超过35 mm、林分密度高于20000株/km2时显著提升。空间上,树高呈现强烈的异质性,北美西部为树高峰值区(35.0±6.5)m,其值显著高于其他主要分布区。不同区域的松树演化出差异化适应策略以应对局地环境:北欧种群耐寒深根,西班牙种群耐旱适扰,美国东部种群适酸砂土,美洲西部种群则以深根与菌根共生适应旱寒环境。 展开更多
关键词 大数据 树高 松属 环境因子 SHAP分析
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基于特征工程与机器学习的8620钢淬透性高效预测
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作者 王斌斌 朱德鑫 +3 位作者 武森 李福勇 黄胜永 吴宏辉 《工程科学学报》 北大核心 2026年第1期87-97,共11页
8620钢是重要的机械用钢,常用于传递较大动力、承受较大载荷的齿轮,应用于运输、起重、机车牵引及风力发电等重要领域.淬透性是衡量钢铁材料在热处理过程中硬度分布均匀性的重要指标,直接影响材料的力学性能和使用寿命,在齿轮钢的生产... 8620钢是重要的机械用钢,常用于传递较大动力、承受较大载荷的齿轮,应用于运输、起重、机车牵引及风力发电等重要领域.淬透性是衡量钢铁材料在热处理过程中硬度分布均匀性的重要指标,直接影响材料的力学性能和使用寿命,在齿轮钢的生产和应用中尤为重要,传统的淬透性评估方法主要依赖于Jominy端淬试验,由于试验流程复杂、耗时,存在工作量大、成本高等问题.本研究基于8620钢产线数据,结合机器学习与特征工程技术,采用SHAP方法以及最优子集法筛选关键特征变量,使用7种不同的机器学习算法构建淬透性预测模型,结合十折交叉验证方法系统评估模型性能.对比分析发现,XGBoost模型在原始特征集上的表现最佳(决定系数R^(2)=0.894,均方根误差RMSE=0.820 HRC,±2 HRC内的命中率为94.19%),经特征筛选后RF模型仍保持较高精度(R^(2)=0.866,RMSE=0.928 HRC,±2 HRC内的命中率为93.66%),同时计算效率提高33%,实现8620钢Jominy端淬试样淬火端7.9 mm处硬度值(J7.9值)的低维高精度预测,为8620钢淬透性的预测和优化提供科学依据. 展开更多
关键词 8620钢 淬透性 机器学习 特征工程 SHAP分析
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考虑骨料级配和衍生特征的Stacking深度集成混凝土强度预测
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作者 蔡志坚 王晓玲 +3 位作者 张君 王栋 吴斌平 余红玲 《水力发电学报》 北大核心 2026年第2期15-30,共16页
抗压强度预测对于混凝土施工质量控制具有重要意义。现有抗压强度预测模型多关注于初始配合比的影响,缺乏考虑骨料级配及衍生特征的影响及其可解释性分析。针对上述问题,本研究提出一种综合考虑骨料级配和衍生特征的Stacking深度集成抗... 抗压强度预测对于混凝土施工质量控制具有重要意义。现有抗压强度预测模型多关注于初始配合比的影响,缺乏考虑骨料级配及衍生特征的影响及其可解释性分析。针对上述问题,本研究提出一种综合考虑骨料级配和衍生特征的Stacking深度集成抗压强度预测模型,用于提升抗压强度预测精度和可解释性。该模型采用三种主流集成学习模型与卷积神经网络作为基学习器,以充分利用各主流算法的多样性和异质性。其中,为弥补基于树的模型对超参数敏感以及对高维特征提取能力弱的不足,引入通道注意力机制对卷积神经网络进行改进,进而提升特征提取能力。采用融合注意力机制的多层感知机模型作为元学习器,以降低模型过拟合风险。基于SHAP理论,深入挖掘混凝土强度预测的关键特征及特征交互影响。结果表明,所提模型综合考虑了骨料级配和衍生特征,抗压强度预测精度提高了27.53%。SHAP分析表明,水胶比,水,粉煤灰/水,水泥以及31.5~40 mm粒径的骨料质量分数为关键的模型驱动因素。本研究所提模型不仅提升了强度预测准确性,还通过可解释性分析揭示了影响混凝土强度的核心参数,为混凝土智能化管控提供了理论指导。 展开更多
关键词 混凝土 抗压强度预测 骨料级配 卷积神经网络 Stacking深度集成模型 SHAP分析
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基于可解释机器学习的供水管网三卤甲烷浓度预测及关键驱动因子识别模型
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作者 徐小燕 霍冉冉 +6 位作者 李惠平 周佰勤 杜振齐 庞维海 周婷 董晓晨 李亚仙 《中国环境科学》 北大核心 2026年第1期208-218,共11页
以苏州某区域供水系统主干管(采样节点间距2km)为研究对象,对干管的水温,余氯,浊度,pH值,UV_(254)和溶解性有机碳(DOC)和THMs等多项水质参数沿程变化开展了为期一年的系统性调查研究.空间尺度分析结果表明,供水管网末端8~10km处的THMs... 以苏州某区域供水系统主干管(采样节点间距2km)为研究对象,对干管的水温,余氯,浊度,pH值,UV_(254)和溶解性有机碳(DOC)和THMs等多项水质参数沿程变化开展了为期一年的系统性调查研究.空间尺度分析结果表明,供水管网末端8~10km处的THMs浓度处于相对较高水平;时间尺度分析结果表明,供水管网末端THMs的浓度在6月达到最高峰,浓度为39.06µg/L.选择4种典型机器学习算法构建管网THMs预测模型,可解释的梯度提升树(GBDT)算法能够有效避免模型过拟合,对4种THMs预测精度的R^(2)分别达到0.839,0.906,0.836和0.935.进一步应用Shapley附加解释(SHAP)对GBDT模型对全局解析发现,水温,UV_(254),DOC和供水距离与THMs生成呈正相关关系,余氯与THMs呈显著负相关关系;SHAP的局部解析表明,供水管网中余氯浓度低于0.45,0.55和0.55mg/L时可显著降低余氯对TCM,BDCM和DBCM的影响权重.基于本研究构建的数据驱动模型,可通过环境因子高效预测THMs的生成浓度,并实时控制余氯投加量防止夏季或管网末端的THMs过量生成. 展开更多
关键词 供水管网 余氯 供水距离 THMS 机器学习 SHAP分析
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可持续生计框架下农户宅基地退出决策的动因研究:基于可解释机器学习的新方法
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作者 郭秀 陈会广 黄善林 《中国土地科学》 北大核心 2026年第1期63-71,共9页
研究目的:基于拓展的可持续生计框架,识别与评估不同维度生计资本对农户宅基地退出决策的影响机制与关键特征,为分类制定宅基地退出政策提供实证依据。研究方法:利用2022年中国1633份微观调研数据,在传统可持续生计框架中引入心理资本维... 研究目的:基于拓展的可持续生计框架,识别与评估不同维度生计资本对农户宅基地退出决策的影响机制与关键特征,为分类制定宅基地退出政策提供实证依据。研究方法:利用2022年中国1633份微观调研数据,在传统可持续生计框架中引入心理资本维度,利用前沿的可解释机器学习方法,量化各生计资本维度的贡献度与影响方向。研究结果:(1)极限梯度增强算法对宅基地退出决策的预测效果最佳,且模型性能显著优于逻辑回归模型等传统计量模型。(2)不同维度生计资本对农户宅基地退出决策重要性高低排序大致为:人力资本>社会资本>自然资本>物质资本>心理资本>金融资本。(3)在单个特征变量中,社会活动的频率、承包地面积、教育水平和非农就业比例等对农户宅基地退出决策具有显著的正向贡献;而宅基地面积、住房面积和承包地数量等农户宅基地退出决策具有显著的负向贡献。(4)在试点村与非试点村、近郊村与远郊村中,不同维度生计资本对农户宅基地退出决策的重要性排序具有差异性。研究结论:基于多维生计资本视角,宅基地退出政策应构建差异化的支持机制,聚焦人力、社会与心理资本建设,并推动各类资本间的协同转化,助力宅基地制度改革稳步实施与乡村振兴战略有效推进。 展开更多
关键词 生计资本 心理资本 机器学习 SHAP值 宅基地退出
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顾及多源空间信息的采煤沉陷水域水深反演
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作者 陈道位 徐良骥 +1 位作者 张坤 刘潇鹏 《遥感信息》 北大核心 2026年第1期123-130,共8页
针对采煤沉陷水域水下地形勘测困难、传统水深反演方法仅依赖光谱信息且精度有限等问题,提出了一种顾及多源空间信息的水深反演方法。基于Sentinel-2多光谱影像和无人船测深数据,综合考虑传统光谱信息以及距离、邻域等多源空间信息,利... 针对采煤沉陷水域水下地形勘测困难、传统水深反演方法仅依赖光谱信息且精度有限等问题,提出了一种顾及多源空间信息的水深反演方法。基于Sentinel-2多光谱影像和无人船测深数据,综合考虑传统光谱信息以及距离、邻域等多源空间信息,利用多种机器学习算法实现水深反演和水资源量估算。实验结果表明,多源空间信息的引入显著提高了水深反演精度,引入空间信息前后最优模型的决定系数从0.7637(基于光谱信息的CatBoost模型)提高至0.9632(引入空间信息的XGBoost模型),均方根误差从1.4978 m降低至0.5908 m。该方法可为采煤沉陷区水资源勘测及开发利用提供参考。 展开更多
关键词 采煤沉陷水域 水深反演 空间信息 机器学习 SHAP
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基于XGBoost算法量化气象要素对兰州市主城区夏季臭氧浓度的影响
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作者 万雨勤 仝纪龙 +3 位作者 刘永乐 王书苏 杨宏 陈敏 《环境科学》 北大核心 2026年第1期223-232,共10页
气象条件会显著影响臭氧(O_(3))及其前体物的浓度变化,量化不同气象要素对O_(3)浓度的影响,对近地面O_(3)污染防治策略的制定和优化有重要意义.收集了2019~2023年夏季兰州市主城区近地面逐小时O_(3)浓度数据和气象数据,运用基于XGBoost... 气象条件会显著影响臭氧(O_(3))及其前体物的浓度变化,量化不同气象要素对O_(3)浓度的影响,对近地面O_(3)污染防治策略的制定和优化有重要意义.收集了2019~2023年夏季兰州市主城区近地面逐小时O_(3)浓度数据和气象数据,运用基于XGBoost的气象归一化方法,解耦并量化气象条件对O_(3)浓度的影响;随后,引入XGBoost-SHAP模型,定量分析各气象要素对O_(3)浓度的贡献.结果表明,2019~2023年兰州市主城区夏季近地面O_(3)浓度的持续上升是气象条件和前体物排放共同作用的结果 .气象条件是导致2019~2021年O_(3)浓度持续上升的主要原因.在2019~2020年和2020~2021年间,相对不利的气象条件分别导致环境O_(3)浓度上升了3.828μg·m^(-3)和7.378μg·m^(-3).而2021~2022年和2022~2023年间气象条件有所改善,分别使O_(3)浓度降低0.348μg·m^(-3)和0.768μg·m^(-3),这2 a间O_(3)浓度的上升主要与前体物排放变化有关.通过SHAP模型分析,发现边界层高度(BLH)、2 m温度(T2m)、向下地表紫外线辐射(UVB)、相对湿度(RH)和地表净太阳辐射(SSR)是影响兰州市主城区夏季近地面O_(3)浓度的关键气象要素.以上要素对O_(3)浓度的年贡献率之和稳定在71.82%~73.65%. T2m、BLH和UVB与O_(3)浓度呈正相关,RH与O_(3)浓度呈负相关,SSR对O_(3)浓度的贡献呈单峰型,过高和过低均会抑制O_(3)生成.各气象要素对兰州市主城区夏季O_(3)浓度的贡献存在显著的时间可变性,T2m和RH的波动是2019~2023年兰州市主城区夏季O_(3)气象贡献出现年际差异的主要原因. 展开更多
关键词 气象要素 臭氧(O_(3)) 机器学习 SHAP模块 兰州城区
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基于XGBoost+SHAP揭示四川生态脆弱性的驱动力因子及其生态保护评估
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作者 陈柄桦 李状 +5 位作者 粟丰 张明山 刘瑞 白景昊 张云辉 罗欢 《地质通报》 北大核心 2026年第1期105-120,共16页
【研究目的】通过植被净初生产力单指标结合机器学习方法,克服传统综合指标体系的主观性局限,定量解析驱动机制,为四川省国土空间分区管控、生态保护修复及生态保护评估提供科学依据。【研究方法】基于IPCC生态脆弱性定义,以四川省2001... 【研究目的】通过植被净初生产力单指标结合机器学习方法,克服传统综合指标体系的主观性局限,定量解析驱动机制,为四川省国土空间分区管控、生态保护修复及生态保护评估提供科学依据。【研究方法】基于IPCC生态脆弱性定义,以四川省2001—2023年植被净初级生产力(NPP)为单一评价指标,结合空间自相关、热点分析与XGBoost+SHAP机器学习模型,系统揭示四川省生态脆弱性空间格局及驱动因子影响程度。【研究结果】研究显示:①四川省生态脆弱性整体较高,70%的区域处于中度及以上脆弱水平,空间分布呈西高东低特征,极度脆弱区集中于盆地边缘及横断山脉;②生态脆弱性受自然与人类活动因子交互作用控制,Pearson相关分析显示高程、平均气温、地表温度、降雨等为关键自然驱动因子,而SHAP值定量表明土地利用程度(贡献度最高)、地表温度及平均气温是核心驱动因素;③生态脆弱性空间集聚显著,热点区集中于川西高原及盆地边缘。【结论】生态脆弱性在空间上呈现显著的正相关关系,生态敏感性的空间集聚程度最高,其次为脆弱性,适应性则最低;土地利用程度、地表温度及平均气温是影响生态脆弱性指数变化的主要驱动因子。 展开更多
关键词 生态脆弱性 净初级生产力 Pearson相关分析 XGBoost SHAP 生态地质调查工程 四川省
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木勺毛坯捆抓取柔性夹持器结构优化
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作者 张加成 张森 +2 位作者 刘玉童 黄辉 赵辉 《森林工程》 北大核心 2026年第1期140-150,共11页
针对木勺模压工艺中人工浸水效率低、木勺毛坯易损的问题,设计一种面向木勺毛坯捆抓取的自适应柔性夹持器。结合有限元分析软件,开展优化试验方案的设计。提出基于超参数优化的贝叶斯优化算法(Bayesian optimization,BO)-随机森林(rando... 针对木勺模压工艺中人工浸水效率低、木勺毛坯易损的问题,设计一种面向木勺毛坯捆抓取的自适应柔性夹持器。结合有限元分析软件,开展优化试验方案的设计。提出基于超参数优化的贝叶斯优化算法(Bayesian optimization,BO)-随机森林(random forest,RF)方法(BO-RF),构建柔性夹持器应变能的回归预测模型,并运用可解释性机器学习方法(SHapley Additive exPlanations,SHAP)从全局和单个样本层面对模型进行可解释性分析。基于该预测模型,以最大上表面应变能和最小整体应变能为优化目标,应用遗传算法开展柔性夹持器的优化设计,并计算基于BO-RF模型的多目标帕累托(Pareto)前沿。仿真结果验证所提建模与优化方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 柔性夹持器 木勺毛坯捆 有限元分析 BO-RF随机森林 SHAP分析 遗传算法 多目标优化 应变能
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基于WGAN-GP-Transformer的地表沉陷SHAP可解释预测模型
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作者 刘超 夏大平 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期203-217,共15页
为实现地表沉陷的精准预测,以及对预测结果进行深度解释来指导实际工程,提出了基于改进生成对抗网络(WGAN-GP)与Transformer的地表沉陷SHAP可解释模型。利用该模型对地表下沉量、影响角正切和拐点偏移距进行预测,从而将预测参数结合概... 为实现地表沉陷的精准预测,以及对预测结果进行深度解释来指导实际工程,提出了基于改进生成对抗网络(WGAN-GP)与Transformer的地表沉陷SHAP可解释模型。利用该模型对地表下沉量、影响角正切和拐点偏移距进行预测,从而将预测参数结合概率积分法来建立地表沉陷公式。首先,利用Wasserstein距离、梯度惩罚策略对传统生成对抗网络进行改进,以增强地表沉陷数据,丰富训练集。然后,采用基于多头自注意力机制的Transformer架构对增强数据进行深度学习,并通过贝叶斯优化寻优超参数。最后,基于SHAP法对预测过程与结果进行全面剖析解释,以揭示不同特征对预测参数的影响规律。结果表明:WGAN-GP-Transformer对下沉量、影响角正切与拐点偏移距在测试集上表现出优异的预测能力,表明模型能有效捕捉预测地表沉陷的复杂非线性特征,以及可有效应对数据稀缺的场景。揭示了影响3个预测参数的特征贡献强度与作用方向存在显著差异;松散层厚度对预测下沉量影响最大,采深对预测影响角正切和拐点偏移距的影响最大。模型在鲁西南某矿3301工作面的实际应用表明,其预测沉陷曲线与实际情况高度吻合,验证了其在实际工程中的可靠性与泛化性能。 展开更多
关键词 地表沉陷预测 Transformer WGAN-GP SHAP 深度学习
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