[发明专利]基于过渡金属保护水生生物水质基准的CCCs预测方法

权利要求书

1.过渡金属保护水生生物水质基准的CCCs预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.数据选取

选取具有基准连续浓度值的过渡金属为样本元素，选择所述过渡金属离子结构参数表征金属离子的各种物理化学性质，作为变量参数用以建模；

S2.PPCR模型构建

(1)样本元素的结构参数与样本元素的基准连续浓度值进行pearson相关系数检验，得到变量间的线性相关程度；

(2)对满足P值小于0.1的条件的结构参数与样本元素CCCs构建PPCR方程；建立PPCR模型；

S3.模型拟合优度和稳健性检验

内部验证采用残差标准误RSE、决定系数R²、F统计量和调整过的R²四种统计量描述所述PPCR模型的拟合程度；R²和RSE的计算公式如公式1和公式2所示；

其中，y_i是第i种金属的CCCs值，是第i种金属的预测CCCs值，是i种金属的CCCs推荐值的平均值；n是训练集的金属个数；

采用k折交叉验证法对所述PPCR模型进行内部验证，以期检验模型的稳健性；

S4.最优预测空间的评价

使用William plot验证最优预测空间；William plot具体是指横坐标为模型中样本的杠杆值，纵坐标为模型中样本的标准残差值的图；

利用公式3计算杠杆值h_i，利用公式4计算h_i^*；如果h_i超过h_i^*，则说明该金属的CCCs值超出最优预测空间；

其中，h_i是指第i个金属的杠杆值，x_i代表PPCR模型中第i个金属的理化性质值排列成一行的行向量，代表x_i的转置向量，X代表x_i的逆向量，X^T代表X的转置向量，h_i^*代表所有金属不超出最优预测空间的杠杆值最大值；p_i是PPCR模型中使用的变量个数，n_i是样本个数；

S5.基准连续浓度的预测

利用PPCR模型预测得到元素周期表中第四、五、六周期和锕系的56种过渡金属的CCCs值；

其中，

步骤S2中，若获得的PPCR方程的R²>0.45，且P<0.06的表征金属离子物理化学性质的结构参数之间的相关系数均大于0.5，利用主成分分析回归的方法将所述结构参数之间的相关性压缩，获得更准确的回归关系，从而得到更精确的预测模型及预测结果。

2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述具有基准连续浓度值的过渡金属为7种，分别为Cr，Ni，Cu，Zn，Fe，Cd和Hg。

3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述金属离子结构参数包括26种，分别为原子序数、相对原子质量、原子半径、共价半径、离子半径、熔点、温度为300K时的密度、汽化热的电离电位变化、沸点、OX和OX^-1之间的电离势、电化学势、电负性、第一水解常数、共价常数、原子电离电势、软指数、电离势、电子密度、离子电荷、电负性指数、相对柔软度、极化力参数一、极化力参数二、极化力参数三、类极化力参数一和类极化力参数二。

4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，拥有最小RSE值和最大R²的模型被认为是最佳模型。

5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述k折交叉验证法中，通过计算因变量预测值与原抽出样本的因变量的观测值y_i之间的相关系数及交叉验证均方根误差RMSECV来评价模型内部预测能力；相关系数最小可接受的值大于0.5。

6.根据权利要求1-5任一项所述的预测方法，其特征在于，所述预测方法使用统计软件进行统计分析；所述统计软件为SAS、MATLAB和R语言软件中的一种。