彭良剛

（畢節(jié)醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校，貴州畢節(jié)，551700）

0 引言

SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種有效的無(wú)導(dǎo)師監(jiān)督的分類(lèi)識(shí)別器，具有很大的應(yīng)用前景[1-2]，不同中藥材表現(xiàn)的光譜特征差異較大，即使來(lái)自不同產(chǎn)地的同一藥材，因其無(wú)機(jī)元素的化學(xué)成分、有機(jī)物等存在的差異性，在近紅外、中紅外光譜的照射下也會(huì)表現(xiàn)出不同的光譜特征，因此可以利用這些特征來(lái)鑒別中藥材的種類(lèi)及產(chǎn)地。中藥材的種類(lèi)鑒別相對(duì)比較容易，不同種類(lèi)的中藥材呈現(xiàn)的光譜的區(qū)別比較明顯。本研究針對(duì)2021年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽E題的中紅外光譜的數(shù)據(jù)，分析研究中藥材的特征，并以該特征研究不同中藥材的分類(lèi)識(shí)別研究。

1 中藥材分類(lèi)識(shí)別系統(tǒng)流程

基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中藥材分類(lèi)識(shí)別系統(tǒng)，設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中藥材分類(lèi)識(shí)別系統(tǒng)流程

2 特征提取

建立SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中藥材分類(lèi)識(shí)別，有效的特征是識(shí)別的關(guān)鍵。首先要對(duì)不同中藥材的波數(shù)的吸光度作對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，得到425種編號(hào)的中藥材波數(shù)吸光度對(duì)比圖，這里給出部分編號(hào)的波數(shù)吸光度對(duì)比圖，如圖2～圖4所示。

圖2 編號(hào)1-5；51-55；101-105；151-155波數(shù)吸光度分布

圖3 編號(hào)201-205；251-255；301-305；351-355波數(shù)吸光度分布

圖4 編號(hào)401-405；421-425波數(shù)吸光度分布

從圖2～圖4的不同中藥材編號(hào)的波數(shù)吸光度分布特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)所有的中藥材在中波數(shù)段的吸光度分布幾乎是接近而無(wú)差異，而在低波數(shù)段和高波數(shù)段的吸光度具有明顯的差異，因此可以用低波數(shù)段和高波數(shù)段的吸光度來(lái)區(qū)分中藥材的特征。這里我們分別選取了低波數(shù)段：652-1653和高波數(shù)段：2652-3988來(lái)進(jìn)行特征提取，以每一編號(hào)的中藥材的吸光度平均數(shù)作為特征提取。

篩選低波數(shù)段的計(jì)算每一編號(hào)中藥材的平均值。首先，把篩選的低波數(shù)段652-1653的425種編號(hào)的1002個(gè)波數(shù)的吸光度作為一個(gè)新的矩陣A。

式中Ai,1，Ai,1002分別表示編號(hào)為i(i= 1 , 2,… ,4 2 5)的波數(shù)為652和波數(shù)為1653的吸光度，其余表示一樣。其次，計(jì)算每一個(gè)編號(hào)的低波數(shù)段的所有吸光度的平均值，計(jì)算公式為：

表1 編號(hào)1-10的低波數(shù)段的吸光度平均值

表2 編號(hào)101-110的低波數(shù)段的吸光度平均值

把篩選的高波數(shù)段：2652-3988的425種編號(hào)的1347個(gè)波數(shù)的吸光度作為矩陣B，表達(dá)式為：

公式中Bi,1，Bi,1347分別表示編號(hào)為i(i= 1 , 2,… ,4 2 5) 的波數(shù)為2652和波數(shù)為3988的吸光度，其余表示類(lèi)似。計(jì)算每一個(gè)編號(hào)的高波數(shù)段的吸光度的平均值，公式為：

表3 編號(hào)1-10的高波數(shù)段的吸光度平均值

表4 編號(hào)101-110的高波數(shù)段的吸光度平均值

表5 編號(hào)401-410的高波數(shù)段的吸光度平均值

3 基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中藥材分類(lèi)識(shí)別

圖5 低波數(shù)段分類(lèi)器

圖6 高波數(shù)段分類(lèi)器

結(jié)果顯示425種編號(hào)的中藥材可以分為兩種藥材，對(duì)應(yīng)的權(quán)值矩陣為：

通過(guò)對(duì)比低波數(shù)段和高波數(shù)段的分類(lèi)器，低波數(shù)段的分類(lèi)器能夠有效地把425種編號(hào)的中藥材分成兩類(lèi)藥材，而高波數(shù)段的分類(lèi)器的分類(lèi)識(shí)別結(jié)果不明顯。