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基于改进狼群算法优化贝叶斯网络在害虫识别领域中的应用

发布时间:2020-06-27 22:12
【摘要】:国民经济发展最基础的就是农业,农业的发展与我们的生活息息相关。而农业病虫害,则是掣肘农业发展的主要原因之一。对害虫进行防治的主要方法有农药,天敌及生物趋避三种,其中最常用的就是农药防治法。但是,盲目的使用农药,有的时候,不仅不能有效的防治害虫,反而会破坏土壤,烧苗,污染水源,导致农作物的产出下降,甚至对人类的健康带来很大的威胁。然而,害虫的种类是非常繁杂的,传统的害虫识别方法,仅仅依靠人的肉眼,根据其看到的害虫特征对害虫进行分类往往是客观片面的,且非常依赖人工,费时费力。因此,害虫的分类和识别已经成为一个迫在眉睫的问题。只有准确分类,才能做到控制作物病虫害。我们提出一种基于改进狼群算法优化贝叶斯网络的害虫图像识别方法,对于具有复杂背景的图像,我们首先采用GrabCut算法进行自动分割,然后再对其进行灰度处理,保存到数据文件中,形成数据集,用于模型的训练和测试。其次再用预训练好的卷积神经网络,提取训练集和测试集上的图像特征,输入贝叶斯网络。然后对传统的狼群算法进行改进,将其作为搜索算法,贝叶斯信息准则(Bayesian Information Criterion,BIC)作为评分函数,学习贝叶斯网络的结构。然后再用极大似然(Maximum Likelihood,ML)算法学习贝叶斯网络的参数,形成贝叶斯分类器。本文的主要研究工作如下:1.提出一种改进的二进制狼群算法(Improved binary Wolf Pack Algorithm,I-BWPA)对狼群算法进行改进,在探狼的游走行为中加入突变算子,在召唤行为中加入逼近算子,并在围攻行为中加入交互算子。并且在狼群的更新步骤中,提出利用混沌映射的方式生成新的人工狼替换淘汰的人工狼。2.基于改进的二进制狼群算法的贝叶斯网络结构学习优化算法(Bayesian Network Construction algorithm using I-BWPA,BNC-I-BWPA)贝叶斯网络结构可以用邻接矩阵来表示,其对应的结构矩阵编码为{x11,x12,...,x1n,x21,x22,...,x2n,...,xn1,xn2,...,xnn}。然后再运用改进的二进制狼群算法作为搜索算法,BIC作为评分函数,寻求最优的贝叶斯网络结构。3.结合卷积神经网络与贝叶斯网络进行害虫图像的识别处理用预训练好的卷积神经网络对训练集和测试集的图片进行特征提取,输入训练集上提取的特征属性和分类,用BNC-I-BWPA进行贝叶斯网络结构的学习,然后再运用ML进行贝叶斯网络参数的学习,形成一个与输入数据集最匹配的贝叶斯网络,将其作为贝叶斯分类器。将测试集上提取好的特征属性和分类输入贝叶斯分类器,对贝叶斯分类器进行测试。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP18;TP391.41;S433
【图文】:

过程图,贝叶斯网络,害虫,图像识别


1.3 本文主要研究内容与章节安排目前,机器视觉技术在害虫的识别技术上,有很大的发展前途。贝叶斯网络作为机器学习的一项,既能用图论的语言直接展示问题的结构,又能按照概率论的原则对问题的结构进行分析利用,降低推理的复杂度。因此,贝叶斯分类器在分类效果上比起其他分类算法有着相对稳定的分类效果。但贝叶斯网络的结构学习,一直是一个 NP 难的问题。本文我们使用基于搜索和评分的方法。提出一种改进的狼群算法,设计狼群的更新策略,以改善局部极值问题,提高学习算法精度,使其适用于贝叶斯网络的结构学习,将贝叶斯网络结构的学习过程转化为寻找最优头狼的问题。在确定贝叶斯网络的结构之后,使用极大似然算法学习贝叶斯网络的参数并且形成贝叶斯分类器。然后,我们结合卷积神经网络在特征提取中的独特优势来识别害虫图像。如图 1.1 所示:

群智能,算法


第 2 章 群智能算法与狼群算法简介5]根据狼的捕食行为提出了狼群算法,该算法主为和围攻行为三种智能行为,以及胜者为王,强新策略。能算法的简介及优势是一种生物启发式的算法,群智能算法算法的大

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