Cotton Yield Prediction with Gaussian Distribution Sampling and Variational AutoEncoder
Notice bibliographique
Résumé
Accurate cotton yield prediction is crucial for agricultural production management, resource optimization, and market supply–demand balance. However, achieving high-precision cotton yield prediction faces significant challenges mainly because cotton growth is influenced by complex, nonlinear environmental factors. Traditional machine learning models struggle to fully capture these complex factors, and deep learning models typically rely on large amounts of high-quality data. The high cost of obtaining field measurement data leads to a scarcity of high-quality datasets, further limiting the performance of prediction models. To overcome these challenges, this study proposes a novel cotton yield prediction architecture—Gaussian distribution data augmentation and variational autoencoder (GD-VAE). This architecture’s configuration offers the following advantages: (1) it calculates the mean and covariance of existing data, with new samples conforming to the original data distribution being sampled and generated to effectively expand the training dataset by utilizing Gaussian distribution data; (2) it uses an end-to-end variational autoencoder (VAE) that automatically learns the low-dimensional, compact, and discriminative feature representations of the input data. Specifically, GD-VAE uses a Gaussian distribution to model the original cotton yield data and generates augmented data through sampling. The VAE then learns deep feature representations from these data, which are fed into a regressor for final yield prediction. To evaluate the performance of GD-VAE, we conducted extensive tests under challenging cross-year and cross-district conditions. In the cross-year test in Bahawalnagar, Pakistan, GD-VAE achieved a root mean square error (RMSE) of 58.4 lbs/acre, a mean absolute error (MAE) of 38.19 lbs/acre, and a coefficient of determination (R2) of 0.65 between the actual and predicted yields. In the more challenging cross-year and cross-district test in Turkey, GD-VAE achieved an RMSE of 46.46 kg/da, an MAE of 37.74 kg/da, and an R2 of 0.14. The results indicate that the GD-VAE architecture significantly improves the accuracy of cotton yield prediction under limited data conditions through effective data augmentation and deep feature learning. This research provides an effective technical means for predicting challenges in agriculture with limited samples, which has important practical significance for ensuring global food security and sustainable agricultural development (to enhance analytical tractability, we use each district’s value by converting kg/ha to 1 lbs/acre, with 1.121 kg/ha converting to 1 kg/da, which is equivalent to 10 kg/ha).
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
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 | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 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) | 0,000 | 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 ».