高光譜數(shù)據(jù)包括全光譜;這個(gè)連續(xù)光譜信息數(shù)據(jù)集有很多應(yīng)用，從了解大堡礁的健康狀況到挑選更高產(chǎn)的作物品種。為了幫助研究人員更好地預(yù)測(cè)高產(chǎn)作物性狀，伊利諾伊大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)將六種用于解釋高光譜數(shù)據(jù)的高功率機(jī)器學(xué)習(xí)算法疊加在一起 ??- 他們證明了這種技術(shù)提高了預(yù)測(cè)能力。與僅使用一種算法相比，最近的研究高達(dá)15%。
“我們正在授權(quán)來(lái)自許多領(lǐng)域的科學(xué)家，他們不一定是計(jì)算分析方面的專(zhuān)家，將他們龐大的數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為有益的結(jié)果，”伊利諾斯州的博士后研究員，第一作者彭富說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作進(jìn)行了一項(xiàng)名為“實(shí)現(xiàn)”的研究項(xiàng)目。提高光合效率(RIPE)。“現(xiàn)在，科學(xué)家們不需要抓住他們的頭腦來(lái)確定使用哪種機(jī)器學(xué)習(xí)算法;他們可以應(yīng)用六種或更多算法 - 以一種價(jià)格 - 來(lái)做出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。”
由伊利諾伊州領(lǐng)導(dǎo)的RIPE通過(guò)改善光合作用來(lái)提高作物的生產(chǎn)力，這是所有植物用來(lái)將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量和產(chǎn)量的自然過(guò)程。RIPE得到比爾和梅林達(dá)蓋茨基金會(huì)，美國(guó)食品和農(nóng)業(yè)研究基金會(huì)(FFAR)以及英國(guó)政府國(guó)際發(fā)展部(DFID)的支持。
在最近發(fā)表在環(huán)境遙感中的一項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)引入光譜分析作為快速識(shí)別可提高產(chǎn)量的光合作用改良的手段。在這項(xiàng)發(fā)表在植物科學(xué)前沿的新研究中，該團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)將其先前的光合能力預(yù)測(cè)提高了多達(dá)15%，其中計(jì)算機(jī)在沒(méi)有人工幫助的情況下自動(dòng)將這六種算法應(yīng)用于其數(shù)據(jù)集。
伊利諾伊州RIPE博士后研究員Katherine Meacham-Hensold領(lǐng)導(dǎo)了之前的環(huán)境遙感研究，他說(shuō)：“我很高興看到當(dāng)你可以利用計(jì)算能力來(lái)利用數(shù)據(jù)獲取所有價(jià)值時(shí)，可能會(huì)發(fā)生什么。”。“看到像彭這樣的數(shù)據(jù)分析師可以對(duì)我的數(shù)據(jù)做些什么是令人興奮的?，F(xiàn)在，其他非數(shù)據(jù)分析師科學(xué)家可以測(cè)試幾種強(qiáng)大的算法來(lái)確定哪一種能夠幫助他們最大限度地利用他們的數(shù)據(jù)。”
然而，需要更多的研究來(lái)證明這種堆疊算法技術(shù)與植物科學(xué)界和其他研究領(lǐng)域的相關(guān)性。
“通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析師的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)滿(mǎn)足像我這樣的植物生理學(xué)家的需求，我們最終完善了一種與其他高光譜數(shù)據(jù)集相關(guān)的技術(shù)，”共同作者，美國(guó)科學(xué)研究中心的RIPE研究負(fù)責(zé)人和科學(xué)家Carl Bernacchi說(shuō)。農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)研究服務(wù)處，總部設(shè)在伊利諾伊州的Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所。“下一步是在更多作物物種的數(shù)據(jù)集上測(cè)試更多堆疊的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并探索這種技術(shù)用于估計(jì)其他參數(shù)的效用，例如干旱或疾病的非生物脅迫。”
“作為科學(xué)家，我們應(yīng)該嘗試?yán)梦覀兊念I(lǐng)域知識(shí)來(lái)解釋機(jī)器學(xué)習(xí)方法的先進(jìn)性能，”伊利諾伊州農(nóng)業(yè)，消費(fèi)者和環(huán)境科學(xué)學(xué)院(ACES)助理教授，共同作者Kaiyu Guan說(shuō)。“結(jié)合計(jì)算方法和領(lǐng)域?qū)W科使我們可能解開(kāi)導(dǎo)致高光譜數(shù)據(jù)集中可測(cè)量差異的原因 - 這是我們工作中尚未解決的謎團(tuán)，值得未來(lái)探索。”