【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電子鼻陣列優化領域，特別是涉及一種電子鼻系統定量陣列優化方法、裝置、設備及介質。
技術介紹
1、電子鼻(electronic?nose，e-nose)又稱人工嗅覺系統，是指一種模仿人類嗅覺原理的系統。通過結合電子電路技術、傳感器陣列和模式識別算法，電子鼻可以識別單一氣體和混合氣體。傳感技術的進步和機器學習算法的更新促使電子鼻系統在檢測復雜氣體成分方面具有優異性能。作為一種高靈敏度、低成本和非破壞性的識別方法，電子鼻已被廣泛應用于多個領域，包括食品新鮮度評估、空氣質量監測和生物醫學診斷等。
2、盡管電子鼻系統目前應用廣泛，但是系統的模式識別模塊通常在計算機上進行訓練和測試，只適合固定地點的應用場景。wang等人設計了一種基于邊緣計算、集成學習和傳感器群的便攜式電子鼻系統，實現了電子鼻系統的移動應用。然而，考慮到產品尺寸、材料成本和功耗，大規模傳感器陣列并不適合用于便攜式電子鼻系統。此外，傳感器冗余可能會影響機器學習算法在某些任務中的性能。因此，以往的研究在基于特定場景的傳感器陣列優化方面進行了許多富有成效的嘗試。qian等人提出了一種用于檢測動物傷口感染的傳感器陣列優化方案。lu等人基于信息論優化了傳感器陣列，實現了對不同品質茶葉的識別。然而，上述現有優化方法是針對特定場景設置的，無法推導出適應復雜多變應用場景的通用規律，以實現電子鼻系統陣列尺寸與電子鼻系統性能之間的最佳平衡。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供一種電子鼻系統定量陣列優化方法、裝置、設備及介質
2、為實現上述目的，本申請提供了如下方案：
3、第一方面，本申請提供了一種電子鼻系統定量陣列優化方法，包括：
4、獲取每一第一傳感器組合對應的數據集；所述數據集包括若干不同的目標氣體對應的響應值數據以及每一響應值數據對應的標簽；通過將電子鼻系統中的傳感器數量逐個減少到1個得到多個第一傳感器組合；所述電子鼻系統包括若干不同型號的氣體傳感器；每一目標氣體對應的響應值數據由第一傳感器組合中所有氣體傳感器對目標氣體檢測的響應值構成，每一氣體傳感器的響應值為氣體傳感器在空氣中檢測的電阻信號與氣體傳感器在目標氣體檢測的電阻信號的比值；標簽為目標氣體的真實氣體類型和真實濃度；
5、對于每一第一傳感器組合，將所述第一傳感器組合對應的數據集中的目標氣體對應的響應值數據輸入訓練好的氣體分類濃度預測模型中，得到目標氣體對應的預測氣體類型和預測濃度；根據目標氣體對應的預測氣體類型、預測濃度以及響應值數據對應的標簽，計算所述第一傳感器組合對應的模型性能指標；
6、根據設定最低可接受性能指標、所述第一傳感器組合對應的模型性能指標和所述第一傳感器組合中氣體傳感器的數量，計算不同設定最低可接受性能指標下，所述第一傳感器組合對應的成本效益比；
7、對于每一設定最低可接受性能指標，根據所有所述第一傳感器組合對應的成本效益比確定所述設定最低可接受性能指標對應的最佳陣列大小；最佳陣列大小用于作為電子鼻系統對應的最佳傳感器數量。
8、第二方面，本申請提供了一種電子鼻系統定量陣列優化裝置，包括：
9、數據集獲取模塊，用于：獲取每一第一傳感器組合對應的數據集；所述數據集包括若干不同的目標氣體對應的響應值數據以及每一響應值數據對應的標簽；通過將電子鼻系統中的傳感器數量逐個減少到1個得到多個第一傳感器組合；所述電子鼻系統包括若干不同型號的氣體傳感器；每一目標氣體對應的響應值數據由第一傳感器組合中所有氣體傳感器對目標氣體檢測的響應值構成，每一氣體傳感器的響應值為氣體傳感器在空氣中檢測的電阻信號與氣體傳感器在目標氣體檢測的電阻信號的比值；標簽為目標氣體的真實氣體類型和真實濃度；
10、模型性能指標計算模塊，用于：對于每一第一傳感器組合，將所述第一傳感器組合對應的數據集中的目標氣體對應的響應值數據輸入訓練好的氣體分類濃度預測模型中，得到目標氣體對應的預測氣體類型和預測濃度；根據目標氣體對應的預測氣體類型、預測濃度以及響應值數據對應的標簽，計算所述第一傳感器組合對應的模型性能指標；
11、成本效益比計算模塊，用于：根據設定最低可接受性能指標、所述第一傳感器組合對應的模型性能指標和所述第一傳感器組合中氣體傳感器的數量，計算不同設定最低可接受性能指標下，所述第一傳感器組合對應的成本效益比；
12、最佳陣列大小確定模塊，用于：對于每一設定最低可接受性能指標，根據所有所述第一傳感器組合對應的成本效益比確定所述設定最低可接受性能指標對應的最佳陣列大?。蛔罴殃嚵写笮∮糜谧鳛殡娮颖窍到y對應的最佳傳感器數量。
13、第三方面，本申請提供了一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序以實現上述電子鼻系統定量陣列優化方法。
14、第四方面，本申請提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現上述電子鼻系統定量陣列優化方法。
15、根據本申請提供的具體實施例，本申請公開了以下技術效果：
16、本申請提供了一種電子鼻系統定量陣列優化方法、裝置、設備及介質，通過將電子鼻系統中不同數量的氣體傳感器數量進行組合得到多個第一傳感器組合，獲取每一第一傳感器組合對應的數據集，采用每一第一傳感器組合對應的數據集和訓練好的氣體分類濃度預測模型，計算第一傳感器組合對應的模型性能指標，根據設定最低可接受性能指標、第一傳感器組合對應的模型性能指標和第一傳感器組合中氣體傳感器的數量，計算不同設定最低可接受性能指標下，第一傳感器組合對應的成本效益比，對于每一設定最低可接受性能指標，根據所有第一傳感器組合對應的成本效益比確定設定最低可接受性能指標對應的最佳陣列大小，找出系統性能與傳感器陣列大小之間的通用規律，可以指導便攜式電子鼻系統中傳感器陣列大小的選擇，在降低功耗的同時保證滿足性能要求。
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1.一種電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述電子鼻系統定量陣列優化方法包括：
2.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，根據所有所述第一傳感器組合對應的成本效益比確定所述設定最低可接受性能指標對應的最佳陣列大小，具體包括：
3.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述成本效益比的計算公式如下：
4.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述電子鼻系統定量陣列優化方法還包括：
5.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，在獲取每一第一傳感器組合對應的數據集之前，所述電子鼻系統定量陣列優化方法還包括：
6.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述訓練好的氣體分類濃度預測模型為多任務人工神經網絡模型；多任務人工神經網絡模型包括共享塊、分類分支和回歸分支；所述共享塊包括多個依次連接的全連接層；所述分類分支包含依次連接的全連接層和Softmax層；所述回歸分支包含兩個依次連接的全連接層。
7.根據權利
8.一種電子鼻系統定量陣列優化裝置，其特征在于，所述電子鼻系統定量陣列優化裝置包括：
9.一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序以實現權利要求1-7中任一項所述的電子鼻系統定量陣列優化方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執行時實現權利要求1-7中任一項所述的電子鼻系統定量陣列優化方法。
...【技術特征摘要】
1.一種電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述電子鼻系統定量陣列優化方法包括：
2.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，根據所有所述第一傳感器組合對應的成本效益比確定所述設定最低可接受性能指標對應的最佳陣列大小，具體包括：
3.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述成本效益比的計算公式如下：
4.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述電子鼻系統定量陣列優化方法還包括：
5.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，在獲取每一第一傳感器組合對應的數據集之前，所述電子鼻系統定量陣列優化方法還包括：
6.根據權利要求1所述的電子鼻系統定量陣列優化方法，其特征在于，所述訓練好的氣體分類濃度預測模型為多任務人工神經網絡模型；多任務人工神經網絡模型包括共享塊、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：軒福貞，王濤，陳樂晨，張博威，吳羽，楊志，倪望澤，程薇薇，劉澤昆，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：
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