Meticulous estimation of maize actual evapotranspiration: A comprehensive explainable CatBoost algorithm reinforced with Jackknife uncertainty paradigm
Notice bibliographique
Résumé
• CatBoost accurately predicted maize AET, outperforming Random Forest, Extra Trees, MLP, KNN models. • Boruta feature selection identified key variables, reducing data, improving accuracy and speed. • SHAP analysis found net radiation and air temperature most impact AET prediction. • Jackknife + uncertainty analysis validated CatBoost as lowest error model. Accurately estimating daily actual evapotranspiration (AET) is essential for managing water resources in irrigated regions. The current study employed a new machine learning technique (CatBoost) to predict maize AET using meteorological and soil-related data. Four benchmark machine learning techniques (Random Forest, Extra Tree, multi-layer perceptron neural network, and K-nearest neighbor) were used for comparison. The lysimeter data of maize AET from Bushland (Texas) in the US were selected to evaluate the performance of the models. The data contained different soil and meteorological parameters. Four different scenarios (comb1: All of the data, comb2: Based on Lasso regression feature selection, comb3: Based on Boruta feature selection algorithm, and comb4: Common meteorological data) were used to predict AET. Various statistical metrics were employed to assess the models’ performance, including the determination coefficient (R 2 ) and root mean square error (RMSE). Comparison between different scenarios showed that the Boruta technique improves precision and decreases computation time by reducing the dimension of the input data. The CatBoost model had the best accuracy in all scenarios. The current study showed that the CatBoost algorithm (comb3 scenario) can predict AET with higher accuracy (R 2 = 9.625 × 10 −1 and RMSE = 5.594 × 10 −1 mm/d). Combining the comb3 scenario with extra tree (R 2 = 9.514 × 10 −1 and RMSE = 6.716 × 10 −1 mm/d) and random forest (R 2 = 9.444 × 10 −1 and RMSE = 7.084 × 10 −1 mm/d) models ranked second and third best accuracy. Also, the SHAP analysis was performed to interpret the black-box model outputs. The SHAP analysis showed that net radiation and air temperature are the most important input parameters for AET prediction.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».