基于改进的五层模糊神经网络的农业科技成果估值研究.pdf
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1、2023 年 36 卷9期Vol.36No.9引用格式:曹艳,刘强,胡亮,胡旭,刘远利.基于改进的五层模糊神经网络的农业科技成果估值研究J西南农业学报,2 0 2 3,36(9):2 0 59-2 0 6 8.Cao Y,Liu Q,Hu L,Hu X,Liu Y L.Agricultural scientific and technological achievements evaluation based on five layers IFNNJ.Southwest ChinaJournal of Agricultural Sciences,2023,36(9):2059-2068.D01
2、:10.16213/ki.scjas.2023.9.027.西南农业学报Southwest China Journal of Agricultural Sciences基于改进的五层模糊神经网络的农业科技成果估值研究2059曹艳,刘强,胡亮,胡旭,刘远利(1.四川省农业科学院农业信息与农村经济研究所,成都6 10 0 6 6;2.四川省农业科学院,成都6 10 0 6 6)摘要:【目的】针对农业科技成果估值难的问题,研究计算机动态评估农业科技成果价值的方法,为农业科技成果的转化、交易或转移提供数据支撑和定价依据。【方法】采用模糊理论与神经网络相结合的方法构建五层模糊神经网络模型FNN(Fu z
3、 z y n e u r a lnetwork),从农业科技成果历史交易中学习、存储规则知识并用于成果的交易价格预测,经实际业务数据测试,FNN估值准确率仅达到8 0%,为进一步提高估值准确率,适应交易样本不断增加引起的变化,降低重新训练所有样本数据的资源消耗,引入增量学习,提出了改进的五层模糊神经网络模型IFNN(Improved fuzzy neural network)和改进的估值流程。【结果】在实际业务数据处理中,通过应用改进的估值流程,完成增量数据的训练,改进的五层模糊神经网络IFNN估值准确率达到8 6.7%。选取15个油菜品种,对比FNN和IFNN模型估值结果,FNN和IFNN模
4、糊隶属度不同,对比表明,IFNN估值准确度高于FNN。I FNN模型从算法上满足估值准确度随增量学习持续提高的要求。但为了进一步提高估值准确度,还需要更完备的训练数据。【结论】改进的五层模糊神经网络IFNN能在实际业务中,基于客观数据进行农业科技成果的动态估值,能够适应不断变化和发展的社会,具有较高的实际应用价值。关键词:农业科技成果;价值评估;五层模糊神经网络;增量学习中图分类号:S126(1.Agricultural Information and Rural Economy Research Institute of Sichuan Academy of Agricultural Sci
5、ences,Chengdu 610066,China;2.Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066,China)Abstract:ObjectiveTo solve the problem of dificult valuation of agricultural scientific and technological achievements,a method for dy-namically evaluating the transaction price of agricultural scientific and
6、technological achievements using computers was studied,providing da-ta support and pricing basis for the transformation,transaction or transfer of agricultural scientific and technological achievements.MethodA five-layer Fuzzy neural network model FNN(Fuzzy neural network)was constructed by combinin
7、g fuzzy theory and neural network,whichlearned and stored rule knowledge from the historical transactions data of agricultural scientific and technological achievements and used it topredict the transaction price of the achievements.The accuracy rate of FNN was only 80%after the actual business data
8、 test.In order to im-prove the evaluation accuracy,adapt to the changes caused by increasing transaction samples,reduce the resource consumption of retrainingall sample data,so introduce incremental learning,an improved fuzzy neural network model IFNN(Improved fuzzy neural network)and animproved val
9、uation process were proposed.ResultIn the actual business data processing,by applying the improved valuation process andcompleting the training of incremental data,the IFNNs valuation accuracy rate reached 86.7%.Fifteen rapeseed varieties were selected tocompare the results of FNN and IFNN model.The
10、 fuzzy membership degrees of FNN and IFNN were different,and the comparison showedthat the accuracy of IFNN was higher than FNN.The IFNN model algorithmically met the requirement that the estimation accuracy increased收稿日期:2 0 2 2-12-12基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 2 0 YFD1100605)第一作者:曹艳(198 1-),女,硕士,主要从事农业信息技
11、术与应用、成果价值评估研究。E-mail:w e l c o me _c y f o x ma i l.c o m通讯作者:刘强(198 2-),男,硕士,主要从事农业产业经济研究。E-mail:文献标识码:AAgricultural scientific and technologicalachievements evaluation based on five layers IFNNCAO Yan,LIU Qiang?,HU Liang,HU Xu,LIU Yuan-li文章编号:10 0 1-48 2 9(2 0 2 3)9-2 0 59-102060with incremental l
12、earning.However,in order to further improve the accuracy of the estimation,more complete training data was needed.ConclusionThe IFNN can dynamically estimate agricultural scientific and technological achievements based on objective data in practicalbusiness,and can adapt to the constantly changing a
13、nd developing society,and has high practical application value.Key words:Agricultural science and technology achievements;Evaluation;Fuzzy neural network;Incremental learning【研究意义】成果评价和估值是技术转移过程中不可或缺的一环,是确定转化科技成果并进行产业化的基础,同时也是进行对外商业化谈判、确定许可费比例的前提,是发挥科技第一生产力作用的关键。基于数据的客观便捷的农业科技成果价值评估,是提高农业科技管理效率、科技投入
14、产出效益、科技评价准确性和客观性的基础,是成果交易转换中不可或缺的重要环节。【前人研究进展】国家标准化管理委员会于2 0 15年12 月10 日发布了农业科技成果评价技术规范,明确了评价的原则、内容和程序,该规范主要从技术、效益和风险3个维度给出农业科技成果评价指标的定义及权重赋值。传统的农业科技成果评价过于依赖专家的主观判断,和以数据为基础的评价方式相比,更缺少客观、公正,信息技术的发展给农业科技成果的交易估值带来了新方法。神经网络算法ANN(A r t ific ia l n e u r a l n e t-work)是一种模拟生物神经网络的结构和功能的数学算法模型,具有分布式存储、并行处
15、理、自学习和自组织等优势,能够适应复杂的非线性问题2-3。神经网络由输人层、隐藏层和输出层组成,从输人层输人样本特征值,经过隐藏层处理后传输给输出层,由输出层输出最终的评估值。神经网络算法ANN能从历史数据中自学习规则,此外还有高速并行运算、多维度数据处理、分布式信息存储等方面的优势4-7 。神经网络中的权值通过模型对样本的学习得到,因此,使用神经网络方法对农业科技成果价值进行评价,能够有效避免人为赋予权重时的主观影响4。在大样本的支持下,研究者能够建立对农业科技成果价值进行评估的综合评价模型。模糊逻辑系统(Fuzzy logic system))【8-1l 是综合利用模糊概念和模糊逻辑构成的
16、包含模糊输入数据集、模糊规则库、模糊推理机和模糊输出数据集的系统,它被广泛用于现代控制系统中,如专家系统等12-14。模糊系统15-16 是基于规则的系统,可以模拟人的逻辑思考过程并定义大量规则,这些规则可以结合领域内的专家知识形成模糊规则集合。BP神经网络作为应用最广泛的神经网络之一,被研究者用于科技成果价值评估的实践中。专利是一种重要的科技成果,其价值主要由其带来的未来收益所决定,受众多因素影响,且影响因素间也可能存在相关性。BP神经网络能够很好地解决专利价值评估这一非线性且带西南农业学报有主观能动性的问题17 。秦薇18 以农业科技成果中植物新品种权为研究对象,通过对植物新品种权价值影响
17、因素的确定、数据的获取和BP神经网络模型的训练,得到基于BP神经网络模型的植物新品种权价值评估方法。对成果价值具有影响的指标确定是建立评价体系的重要步骤,李雷霆4 利用粗糙集理论对农业企业孵化器运营水平评价指标进行初步筛选,再使用RBF神经网络进行评估,能够有效降低神经网络输人维度,加速学习速度,提高评价效率。在实践中,粗糙集理论与RBF神经网络结合的R-RNN模型能够准确评价农业企业孵化器目前所处的运营水平,为农业企业孵化器的进一步提高提供有力帮助。Li和Xu19用BP神经网络对研究通过模糊综合评价(FCE)和层次分析法(AHP)所建立的高校科技成果转化模式的评估指标体系及其权重值进行验证,
18、结果显示该评价模型的学习和预测能力都具有较好效果。【本研究切人点】突破固有的指标体系或权重不能完全脱离专家分析的依赖,直接从历史交易数据提取指标并学习、存储规则知识,同时用于价格预测。【拟解决的关键问题】针对农业科技成果估值难题,基于农业科技成果历史交易数据,采用改进的五层模糊神经网络 IFNN(I m-proved fuzzy neural network)提取农业科技成果相关指标并学习、存储其规则知识,应用于农业科技成果的估值,为农业科技成果转化交易提供重要依据。1材料与方法1.1数据筛选与预处理数据集采用四川农业科技成果交易历史数据602条,其中,7 0%作为训练集,2 0%的数据作为验
19、证集,10%用于测试2 0 数据预处理:首先抽取评价对象相关的历史交易信息和交易产品的属性数据,包括成果的名称、所属品类、历史交易价格、抗性、平均产量、品质、阶段(成熟度)、适应性等。1.2试验方法1.2.1试验流程本研究的目标是实现农业成果交易价格预测,即通过农业成果多维度指标(包括产量、抗性、品质、阶段等)来预测评估对象的交易价格。估值模型评估流程(图1)主要包括以下4个步骤。36卷9期曹艳等:基于改进的五层模糊神经网络的农业科技成果估值研究2061业务系统数据抽取数据预处理分析与建模结果反馈FNN历史数据数据清洗选择性抽取数据源建模数据特征构建数据标准化模型分析交易价格模型应用模型优化应
20、用结束图1估值流程Fig.1Evaluation flow1.2.2数据抽取抽取2 0 11年1月1日至2 0 2 2年12 月31日四川省农业科技成果数据。基于整理入库的四川农业科技成果交易历史数据项和四川省农业经济学会发布的农业科技成果应用价值评价种植类评价指标体系(T/SAAE0022022)选取与评价对象交易价格最相关的8 个特征项,具体包括:名称、类型、金额、时间、平均产量、品质、抗性、阶段、适应性、品种权,数据集估值特征说明如表1所示。1.2.3数据预处理先进行数据清洗,采用缺失值均值插补操作,然后进行特征构建工作,通过对特征特性等字段的内容识别提取多列字段通过基本运算生成对应的量
21、化数据,最后通过将数据按比例缩放,Table 1 Data set evaluation feature extraction of agricultural science and technology achievements编号特征名称No.Feature名称1Name类型2Type金额3Transaction amount时间4Time阶段5Phase品种权6Variety right品质7Quality抗性8Resistance适应性9Suitablility平均产量10Average yield使之落入一个小的特征空间内。为了让抽取得到的数据具备可比性,对抽取的历史数据进行特征构建
22、及标准化。采用归一化处理,将数据统一映射到0,1区间上。Min-max 标准化(Min-max normaliza-tion)亦称离差标准化,是对原始数据的线性变换,使结果映射到0,1 区间,对序列x1,x2,x,进行转换的函数如下:x;-Imin ix,l1jny=max ix,f-minix,t1jn1j式中,max为样本数据的最大值,min为样本数据的最小值。表1农业科技成果数据集估值特征释义特征说明Featuredescription农业科技成果的名称农业科技成果所属类型,如作物品种类型等农业科技成果交易金额农业科技成果交易时间或预期交易时间成果成熟度,分为:1.小试;2.中试;3.可
23、量产品种权(获得日期)依据品类确定,如油菜采用种子芥酸含量,商品菜籽硫苷含量、含油率;水稻采用食用稻品种品质标准分级(三级)等抗病综合指数,综合指数0 级为高抗,1 2 级为抗,3级为中抗;4级为中感,5 7 级为感,8 9为高感成果应用的适宜区域平均每公顷产量(生产试验平均每公项的产量,单位:kg)20621.2.4分析与建模进行价格预测,把模拟数据和实际数据进行预处理后,分别灌人估值模型的特征输人层,模型根据数据特征自动提取规则和存储知识,最后得到模拟训练结果和实际训练结果,用来支撑对比分析在模拟完备数据和缺失部分数据时,评估准确率的高低差别及原因,从而对模型和估值流程进行改进。1.2.5
24、应用结果反馈模型训练阶段,利用历史成交数据,进行模型训练,得到的估值结果,和实际成交价格进行比较后,对模型进行纠偏。实际业务中,跟踪曾经进行交易价格预测值的成果,收录成果的最终成交价,用于模型优化。表2数据集归一化结果Table 2Normalizations of dataset名称时间NameTime610.000 000150.000 000880.789 8161390.210 184280.000 000240.081 25700.000 000740.000 0001400.210 184910.000 000西南农业学报基于模糊神经网络模型FNN2结果与分析2.1数据集归一化处理
25、将数据集经过归一化处理,得到数据集(表2),接着对模型进行训练,并检测模型的准确率,训练数据模拟了数据集选择性抽取对应的7 个不同维度,其他特征数据为缺省状态。2.2实际业务数据集的抽取抽取实际业务数据集,在农业科技成果数据中,选取农作物品种作为模型训练样本,首先进行数据清洗,提取农作物的数据。抽取得到的结果如表3所示,实际获得的数据有不少字段缺失数据。阶段品种权PhaseVariety right0.327 5860.521 7390.379.3100.913 0430.310 3450.434 7830.534.4830.434 7830.362.0690.826 0870.448 276
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