用主成分研究法研究棉花质量品质指标

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1、用主成分研究法研究棉花质量品质指标　　摘要通过HVI检测的棉花质量品质指标，用主成分分析法进行了数据分析，得到在棉花的各项质量指标中对棉纤维品质影响程度的排序，同时指出品级是人的感官检验指标，它与HVI检验指标相关性较小。关键词：棉花；HVI；主成分分析法由于棉花检验会对棉花生产和贸易流通产生明显的影响，加强棉花检验能力成为国内纤检机构共同关心的重点问题。HVI上世纪80年代研制成功，目前有1900多套在美国、中国等产棉大国使用，现已升级到全自动测试水平，操作人员对棉样进行一次系统测试可获得棉纤维的长度、长

2、度整齐度（Uni）、短纤维指数、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值（Mic）、光反射率（Rd）、黄度（+b）、杂质粒数、杂质面积百分比等10多项指标的检验数据。如何让HVI机器高效率地运转，提高检验速度并保证影响棉花质量品质指标的准确性，成为研究热点。本文通过主成分分析法对棉花的各项质量指标进行了数据统计分析，找出对棉纤维品质有重要影响的质量指标和内部结构关系，使质量指标变为原来指标变量的线性组合，从而不仅保留了各原始指标的主要信息，彼此之间又不相关。41主成分分析法主成分分析法是由赫太林（Hotelling

3、）于1933年提出的，主要是利用降维的思想，把多项指标转化为几个综合指标的多元统计分析方法。由于各个评价指标之间具有一定的相关性，就必然存在着起支配作用的共同因素，因此，可以利用主成分分析法对棉花的各项质量指标进行标准化处理以消除不同量纲的影响，将各质量指标值转换成标准化指标，根据各指标间的相关性，进行合理分析、比较，从而找到主要影响棉纤维品质的质量指标。2试验条件2.1试样20只不同厂家不同产地皮棉。2.2试验环境温度：（20±2）℃，相对湿度：（65±4）%。2.3试验仪器美国乌斯特公司生产的HVI10

4、00棉花大容量快速检测仪、XJ130型原棉水分测定仪、Y101杂质分析仪。3试验数据先对20只棉花进行品质和回潮率测试，再进行杂质测试，最后进行HVI测试，记录测试数据。具体数据见表1。4综合评价模型的构建4利用上述试验数据组成矩阵，运用主成分分析法对矩阵进行分析，构建综合评价模型。4.1数据预处理应用主成分分析法和数理统计方法对皮棉的各个质量指标进行分析，找出它们之间的相关关系，从而找到几个最重要的综合指标以反映皮棉的质量品质。对各指标进行标准化处理以消除量纲的影响，将各样品指标值Xij转换成标准化指标Y

5、ij。Yij=（Xij-μ）/σ（1）式中：Yij——标准化后的数值；Xij——未标准化的数值；i——试样编号，i=1，2，…，20；j——质量指标编号，j=1，2，…，10；μ——20个试样质量指标的均值；σ——20个试样质量指标的标准差。4.2各质量指标间相关性矩阵的确定及分析将表2的数据记为矩阵X，通过公式（2）计算棉花各项质量指标间协相关性矩阵Z。Z=XTX/n（2）式中：XT——矩阵X的转置矩阵；n=20。4.3采用主成分分析法确定影响皮棉质量的主要综合指标4主成分分析法就是将原来多个具有一定相关

6、性的指标重新组合成一组新的相互无关的综合指标来代替原来的指标。其数学模型如公式（3）所示：Fi=a1iX1+a2iX2+…+apiXp（i=1，2，…，p）（3）式中：Fi——所求得的第i个综合指标；P——原来的指标个数。并且要求上述组合是一切线性组合中方差最大的；系数a1i、a2i、…api称为因子Fi的载荷量，满足a1i2+a2i2+…+api2=1为了满足上述要求，首先要求得矩阵Z的特征值λi，并应用公式（4）求出各个主成分的方差贡献率。计算结果见表3。方差贡献率=λi/Σλi（4）从表3可以看出，前

7、3个特征值的累计贡献率已达到89.74%，已经超过了85%，表明前三个主因子基本包含了全部测量指标所具有的信息，所以可以认为表3的前3个主成分基本包含了全部指标具有的信息，得出在棉花的各项质量指标中对棉纤维品质影响最大的是棉花的长度，其次是棉花的回潮率，接着依次是马克隆值、强度、反射率、黄度、整齐度、短纤维指数、杂质和品级，同时也可以看出品级是人的感官检验指标，它与其他HVI检验指标相关性较小。（作者单位：盐城市纤维检验所）4