基于贝叶斯网络的卷烟配方规则提取和配方维护

摘要

卷烟叶组配方的维护直接影响卷烟制品的质量，决定着产品品牌的特点，是卷烟产品制造过程中的关键环节之一。在进行配方维护时，常常会因为某些单料烟短缺或者市场成本过高等原因，需要对配方中的一种或者多种单料烟进行替换。到目前为止，卷烟新产品的开发以及产品维护主要依靠专家人员进行感官评吸，通过打分来评断卷烟感官质量是否满足要求。当某种单料烟缺失时，专家首先依靠经验选择可以替换的单料烟进行评吸，然后与缺失的单料烟对比，进而选择出感官品质相近的单料烟。最后将可以进行替换的单料烟加入到缺失配方中，评吸补充完整后的配方的感官特征，观察它是否与原完整配方的感官特征相似。这种完全依靠人工评吸进行评判的方法，不仅受专家们主观感觉的影响，而且根本无法满足企业快速化生产的需求。因此，如何快速地从库存现有的烟叶中自动推荐特征相近的单料烟进行缺失单料烟的替换，并且能够同时保证替换后卷烟的感官质量和烟气指标的基本稳定，是卷烟维护实现自动化过程中十分重要的一环。 本文基于H集团提供的卷烟配方历史数据，首先利用贝叶斯网络建立了卷烟配方识别模型并进行了规则提取;然后在已经建立的配方识别模型的基础上，结合聚类算法，提出了基于启发式规则的卷烟配方“一对一”替换维护方法;最后利用Matlab GUI将配方维护中单料烟替换过程加入到卷烟优化辅助决策系统中。本文主要的研究内容如下: (1)针对H集团提供的卷烟配方数据的特点，首先对原始数据进行整理和预处理，包括补充缺失数据、离散化等;然后运用SPSS、Minitab等统计软件对化学元素进行相关性分析和正态分析，对单料烟在配方中的使用频次、配方中部位、颜色、档次比例随配方变化的波动情况、配方替代前后物化指标的变化量进行了统计分析。 (2)利用卷烟配方整理后的数据，首先基于贝叶斯网络建立了卷烟配方识别模型，结合化学元素相关性的研究，将得到的预测结果与朴素贝叶斯模型、决策树模型的预测结果进行比较，并分析了各个方法在规则提取方面的优点和缺点，最后使用贝叶斯网络来进行卷烟配方的规则提取，并通过分析不同品牌与配方属性之间的相互关系，成功提取出了一些配方规则，提取出的规则对卷烟叶组配方的设计具有重要的指导作用。 (3)首先采用加权聚类方法对所有用到的单料烟进行了聚类分析，统计出品牌中所有单料烟使用过的所有用量;其次基于贝叶斯网络的卷烟配方识别模型，提出卷烟配方维护的启发式方法，实现了卷烟产品维护过程中的单料烟的“一对一”自动推荐。以配方替换前后的感官评估结果来验证替换效果的优劣，并找出效果最好的用量作为替换单料烟的最终用量，然后根据贝叶斯网络中参数学习后得到的概率以及感官质量的相似性对替换的单料烟进行了优先顺序的排列。最后，基于Matlab GUI的软件环境，完成卷烟产品叶组配方优化辅助决策系统的卷烟配方维护部分。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题来源与选题背景

1．2课题研究的目的和意义

1．3研究目标与内容

1．4研究的技术路线与方法

1．5论文结构安排

第2章相关理论与研究综述

2．1引言

2．2卷烟相关知识

2．2．1烟叶的物化特性

2．2．2卷烟配方结构

2．2．3卷烟配方中烟叶配合力的情况分析

2．2．4卷烟配方设计的相关性研究

2．3．1贝叶斯网络的发展状况

2．3．2贝叶斯网络的研究状况

2．4知识发现的相关研究

2．4．1知识发现简介

2．4．2知识发现中规则提取的相关研究

2．5本章小结

第3章卷烟配方数据的预处理和统计分析

3．1引言

3．2卷烟配方数据的来源

3．3卷烟配方数据预处理

3．3．1单料烟信息缺失数据的补充

3．3．2数据整合

3．3．3数据离散化

3．4卷烟配方数据的统计分析

3．4．1化学元素属性间的相关性分析

3．4．2单料烟在配方中使用频率分析

3．4．3配方部位、颜色、档次比例随配方变化过程的波动情况分析

3．4．4配方替代前后物化指标的变化量的统计分析

3．5本章小结

第4章基于贝叶斯网络的卷烟配方规则提取

4．1引言

4．2基于贝叶斯网络的卷烟配方识别模型

4．2．1贝叶斯网络的简介

4．2．2基于贝叶斯网络的卷烟配方识别算法设计

4．3．1数据描述

4．3．2性能度量

4．3．3比较算法选择

4．3．4算法参数设置

4．4模型的比较与分析

4．4．1先验分布的影响分析

4．4．2与朴素贝叶斯方法的比较

4．4．3与决策树方法的比较

4．5基于贝叶斯网络的规则提取

4．6本章小结

第5章基于聚类和贝叶斯网络启发式规则的卷烟配方维护方法

5．1引言

5．2卷烟配方维护启发式方法的思路和框架

5．2．1数据描述

5．2．2卷烟配方维护启发式方法的思路以及框架

5．3．1聚类算法

5．3．2加权聚类算法

5．3．3聚类规则与加权聚类规则的比较

5．4卷烟配方维护启发式方法的算法实现

5．5卷烟配方维护的结果和验证

5．6系统模块设计与实施

5．6．1系统开发环境简介

5．6．2系统界面与使用实例

5．7本章小结

第6章总结与展望

6．1论文工作总结

6．2未来研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加课题及获奖情况