利用随机森林 (RF)、支持向量机 (SVM) 和人工神经网络 (ANN) 区分森林物种

I. D. S. Narvaes, Mateus Sabadi Schuh, Pábulo Diogo de Souza, Matheus Morais Ziembowicz, José Augusto Spiazzi Favarin, Janderson de Oliveira Silva, Noé dos Santos Hofiço, Laura Camila de Godoy Goergen, Rudiney Soares Pereira
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摘要

在城市植树造林中区分森林物种对于减轻全球变暖对当地的影响至关重要。为此,我们使用了 RF、SVM 和 ANN 深度学习机器学习算法。结果发现,ANN、SVM 和 RF 算法分别具有较高的准确度值(F-1 分数 = 0.989;0.9434;0.9346;全局准确度 = 0.989;0.9444;0.9333;卡帕指数 = 0.988;0.9383;0.9259)。所分析的分类器在预测某些物种时的分类误差一般是由于红边区域(700 至 720 nm)的反射率值相似,这与相似的叶绿素含量有关,而短波红外区域的特定波长(1400 和 1420 nm)则分别与植物和木质素的含水量和化学浓度的差异有关。鉴于分类器的复杂性,特别是 ANN 深度学习算法以及 SVM 和 RF 机器学习算法,建议改变其超参数,以避免结果过度拟合,即即使算法适应了某个区域,在预测新结果时也会变得无效。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Distinção de espécies florestais utilizando Random forest (RF), Support vector machine (SVM) e Artificial neural network (ANN)
A distinção de espécies florestais na arborização urbana é fundamental para mitigação dos efeitos locais do aquecimento global. Neste sentido, foram utilizados os algoritmos de aprendizado de máquina RF, SVM e de aprendizagem profunda ANN. Os elevados valores de acurácia encontrados (F-1 score = 0,989; 0,9434; 0,9346, Acurácia Global = 0,989; 0,9444; 0,9333 e de índice kappa = 0,988; 0,9383; 0,9259) para o algoritmo ANN, SVM e RF, respectivamente. Os erros de classificação para a predição de algumas espécies para os classificadores analisados se dão em geral pela semelhança nos valores de reflectância nas regiões do red edge (700 a 720 nm) relacionados ao conteúdo similar de clorofila e nos comprimentos de onda específicos na região do infravermelho de ondas curtas (1400 e 1420 nm) responsáveis pelas diferenças no conteúdo de água e concentração química na planta e de lignina, respectivamente. Dado a complexidade dos classificadores, em especial o algoritmo de aprendizagem profunda ANN, e também aos de aprendizagem de máquina SVM e RF, recomenda-se a alteração de seus hiperparâmetros para se evitar o sobreajuste dos resultados, ou seja, mesmo que o algoritmo esteja adaptado a uma determinada região se torne ineficaz para prever novos resultados.
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