[发明专利]基于差分进化的组氨酸太赫兹吸收谱波长选择方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于差分进化的组氨酸太赫兹吸收谱波长选择方法及装置。本发明首先对初始种群进行基于差分的变异操作和交叉操作，以得到交叉种群；然后分别利用初始种群和交叉种群从组氨酸样品的太赫兹吸收谱中进行选取，利用所构造的适应度函数分别计算初始种群和交叉种群中每个个体的适应度；并将适应度值较大的个体保留下来，从而得到新一代种群；最后将新一代种群作为新的初始种群进行进化迭代，直至进化代数达到设定阈值，并将最终代种群中适应度值最高的个体作为所选择的组氨酸太赫兹吸收谱波长的最优解。本发明通过对组氨酸样品的太赫兹吸收谱进行逐点深度选择，挑选有用信息，从而显著提高了定量分析的精度，取得了良好的应用效果。

技术领域

本发明涉及一种基于差分进化的组氨酸太赫兹吸收谱波长选择方法及装置，属于太赫兹光谱检测技术领域。

背景技术

在对组氨酸样品进行太赫兹吸收谱定量分析中，通过实验得到的组氨酸样品的原始太赫兹吸收谱通常涵盖一段较宽的频段，包含大量的波长点数据，其中不仅包括信噪比较高的有用数据，也包含信噪比较低的噪声数据以及不属于任一组分特征的冗余数据，若直接将原始吸收谱用于定量分析势必导致较高误差，因此需要进行适当选择。由于吸收谱是由一系列波长点数据组成的，对吸收谱数据的选择实际上就是对波长的选择，因而在光谱学中被定义为波长选择(Wavelength selection)。对于太赫兹光谱定量分析领域而言，波长选择对定量分析的准确度至关重要，若选择不恰当，会导致较大误差。但是目前在太赫兹光谱定量分析中，波长选择常用的做法是人为地依据经验从原始光谱中选取某一波段数据用于定量计算，而对太赫兹光谱波长选择的机理及方法缺乏系统性的深入研究。

中国计量学院的王强教授等人分别利用偏最小二乘法(partial least squares，PLS)、区间偏最小二乘法(interval PLS，iPLS)、向后区间偏最小二乘法(backward iPLS，biPLS)以及移动窗口偏最小二乘法(moving window PLS，mwPLS)对噻苯咪唑位于0.3-1.6THz频段内的太赫兹特征光谱进行了波长选择，并对四种算法的性能进行了细致的比较。桂林电子科技大学的陈涛等人就太赫兹光谱定量分析中的特征谱区筛选进行了相关研究。除上述王强等人提出的波长选择方法外，又采用了联合区间偏最小二乘法(siPLS)并进行了一系列对比。但是基于偏最小二乘的波长选择方法，是通过将原始光谱分割成若干区间加以筛选，难免会将部分无意义数据含入其中，甚至将一些有意义数据错误地抛弃，以至于所选择的波长不合适，从而导致定量分析的误差比较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于差分进化的组氨酸太赫兹吸收谱波长选择方法，以解决目前组氨酸太赫兹吸收谱波长选择不合适而导致定量分析的误差比较大的问题。同时本发明还提供了一种基于差分进化的组氨酸太赫兹吸收谱波长选择装置。

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于差分进化的组氨酸太赫兹吸收谱波长选择方法，该选择方法包括以下步骤：

1)随机生成一个大小为S的初始种群X；

2)对初始种群X进行基于差分的变异操作，以得到变异种群V，并对变异种群V进行交叉操作，以得到交叉种群U；

3)分别利用初始种群X和交叉种群U从组氨酸样品的太赫兹吸收谱中进行选取，以得到初始种群X和交叉种群U中每个个体相对应的经过波长选择的组氨酸样品的重构太赫兹吸收谱；

4)构建适应度函数，利用所构造的适应度函数分别计算初始种群X和交叉种群U中每个个体的适应度；

5)对初始种群X和交叉种群U中相对应个体的适应度值进行比较，将适应度值较大的个体保留下来，从而得到新一代种群X^next；

6)将新一代种群X^next作为新的初始种群，重复步骤2)-5)，直至进化代数达到设定阈值，并将最终代种群中适应度值最高的个体作为所选择的组氨酸太赫兹吸收谱波长的最优解。