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Enregistrement W7116877000 · doi:10.1016/j.fcr.2025.110311

Utilizing soil characteristics and hybrid machine learning for interpretable potato yield prediction: A study with satin-bowerbird optimization and deep neural network

2025· article· en· W7116877000 sur OpenAlexafffundabout
Masoud Karbasi, Gurjit S. Randhawa, Aitazaz A. Farooque, Mumtaz Ali, Mehdi Jamei, Khabat Khosravi, Hassan Afzal, Anurag Malik, Qamar U. Zaman

Notice bibliographique

RevueField Crops Research · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineAgricultural and Biological Sciences
ThématiqueSmart Agriculture and AI
Établissements canadiensDalhousie UniversityUniversity of GuelphUniversity of Prince Edward Island
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaUniversity of Prince Edward Island
Mots-clésInterpretabilityArtificial neural networkFeature selectionSupport vector machineMean squared errorRegressionSelection (genetic algorithm)Correlation coefficientFeature (linguistics)Predictive modelling

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Context Yield forecasting is crucial to the agricultural planning enterprise, such as input control, farm logistics and reduction of economic risks. The soils in the Maritime provinces of Canada have a great difference in their properties which affect the productivity of crops. Such variability requires a strong prediction model that could address the different characteristics of soil. Objective This research proposal is expected to establish a stable potato yield prediction model based on the soil property data of New Brunswick and Prince Edward Island and determine whether the application of optimization techniques with deep learning can enhance the prediction accuracy over the conventional machine learning approach. Methods Soil samples were taken at eight experimental sites in the 2017 and 2018 growing seasons, with 18 soil properties being captured. The feature selection techniques were used to create three input scenarios (Comb1, Comb2, Comb3). To optimize the selection of input variables, a hybrid prediction model, DNN-SBO (Deep Neural Network -Satin Bowerbird Optimization), was suggested and refined with the Boruta feature selection and Best Subset Regression-WASPAS. The performance of the model was tested in comparison with Kernel Ridge Regression (KRR), Elastic Net, K-Nearest Neighbors (KNN) and Support Vector Regression (SVR), on the evaluation metrics of Correlation Coefficient (R), Root Mean Square Error (RMSE) and Mean Absolute Percentage Error (MAPE). The model interpretability was done using SHAP (Shapley Additive exPlanation) analysis. Results and Conclusions Comb2 was the best input scenario that consisted of Total Base Saturation, Sulfur, Magnesium, Potash, Aluminum, Zinc, Phosphate, Manganese, Organic Matter, Iron, and Copper. DNN-SBO model had the best predictive power with R= 0.903 (train) and RMSE= 4.165 t/ha and MAPE= 6.766 % and R= 0.853(test) and RMSE= 5.522 t/ha and MAPE= 9.707 %. The SHAP analysis has shown that Iron was the most significant predictor (mean SHAP = +5.49), next was Copper, Zinc, Phosphorus, and Organic Matter. Significance The paper sheds light on the promise of deep learning that is based on bio-inspired optimization and feature selection techniques in order to achieve a significant increase in crop yield prediction. The findings can lead to the wider use of the similar methods in precision agriculture, which will result in smarter and data-driven farming in variably soiled areas.

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,018
Score d'incertitude au seuil0,036

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,027
Tête enseignante GPT0,274
Écart entre enseignants0,247 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission3
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