РАЗРБОТКА МОДЕЛИ АНСАМБЛЕГО ОБУЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОДХОДЯЩИХ КУЛЬТУР ДЛЯ ПОСЕВА
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-136-1-346-358Ключевые слова:
машинное обучени, ансамблевое обучение, наборы данных, сельскохозяйственные культуры, стекинг, прогнозированиеАннотация
По всему миру сельское хозяйство является основной отраслью продовольственного обеспечения населения и играет важную роль в экономике нашей страны. В Республике Казахстан имеется 25,7 млн. гектаров пахотных земель. Одним из способов его эффективного использования является использование возможностей современных технологий, в том числе направлении искусственного интеллекта - машинное обучение. Использование возможностей машинного обучения в сельском хозяйстве может способствовать повышению эффективности, оптимизации процессов, определению подходящих культур для выбранного место, прогнозированию урожайности, защите растений от вредителей и т. д. помогает решать важные для фермеров задачи. В этой статье было рассмотрено решение задачи прогнозирования подходящих культур для посева, в зависимости от состава почвы и количества осадков, путем объединения нескольких методов машинного обучения в ансамбль. Для создания ансамблевой модели были проведены различные тесты более 10 методов машинного обучения. В результате теста методы дерева решений, логистическая регрессия, классификатор Наивного Байеса, классификатор K-Nearest Neighbours и многослойный персептрон показали более высокую точность. Эти методы были объединены в ансамблевую модель с помощью стекинга и были получены две новые ансамблевые модели Stacking with ML models и Stacking with ML and NN models. Показатели точности нсамблевых моделей составили соответственно Stacking with ML models - 99,95%, Stacking with ML and NN models - 76,9%.
Библиографические ссылки
[1] Rishi G., Akhilesh K. Sh., Oorja Ga., Krishna M., Shahreen K., Zirawani B., Hairulnizam M. and Salama A. M., “WB-CPI: Weather Based Crop Prediction in India Using Big Data Analytics”, IEEE Access, 2021.
[2] Rakesh Kumar, Singh, Prabhat Kumar / “Crop Selection Method to Maximize Crop Yield Rate using Machine Learning Technique”, 2015 International Conference on Smart Technologies and Management for Computing, Communication, Controls, Energy and Materials (ICSTM), Vel Tech Rangarajan Dr. Sagunthala R&D Institute of Science and Technology, Chennai, T.N., India. 2015:138-145.
[3] Ajinkya Patil, Pavan Patil, Shrikant Kokate, “Crop Prediction System using Machine Learning Algorithms”, International Journal of Advancements in Engineering and Technology (IJAET). 2020;1(1).
[4] I. L. Shahana, V. P. Nijth Kamal, R. L. Anoop, Ancy Francis / Crop Prediction Methods: A Comparative Study / Asian Journal of Agricultural Extension, Economics & Sociology / 40(8): 228-236, 2022; Article no. AJAEES.84828 ISSN: 2320-7027 /
[5] Sita Rani, Amit Kumar Mishra, Aman Kataria, Saurav Mallik 4, Hong Qin / Machine learning‑based optimal crop selection system in smart agriculture / Scientifc Reports / (2023) 13:15997 / https://doi.org/10.1038/s41598-023-42356-y
[6] Kiran S., Priyanka R. S., Pooja N., Tushar S. L., Mayuri S. J. / Crop Prediction and Fertilizer Recommendation Using Machine Learning /. International Journal of Engineering Research and Applications www.ijera.com / ISSN: 2248-9622, Vol. 13, Issue 3, March 2023, pp. 28-32
[7] S. Bhanumathi, M. Vineeth, N. Rohit, Crop yield prediction and efficient use of fertilizers, in: 2019 International Conference on Communication and Signal Processing, ICCSP, 2019, pp. 0769–0773, http://dx.doi.org/10.1109/ICCSP.2019.8698087.
[8] M. Rashid, B.S. Bari, Y. Yusup, M.A. Kamaruddin, N. Khan, A comprehensive review of crop yield prediction using machine learning approaches with special emphasis on palm oil yield prediction, IEEE Access 9 (2021) 63406–63439, http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3075159.
[9] Y.J.N. Kumar, V. Spandana, V.S. Vaishnavi, K. Neha, V.G.R.R. Devi, Supervised machine learning approach for crop yield prediction in agriculture sector, in: 2020 5th International Conference on Communication and Electronics Systems, ICCES, 2020, pp. 736–741, http://dx.doi.org/10.1109/ICCES48766.2020.9137868
[10] A. Suruliandi, G. Mariammal / Crop prediction based on soil and environmental characteristics using feature selection techniques / Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems Methods, Tools and Applications in Engineering and Related Sciences Volume 27, 2021 - Issue 1 / https://doi.org/10.1080/13873954.2021.1882505
[11] PRITESH P., PRANAV A., MANAS B., SIDDHI T., ADITYA M. / Crop Selection and Yield Prediction using Machine Learning Approach / Current Agriculture Research Journal / ISSN: 2347-4688, Vol. 11, No. (3) 2023, pg. 968-980
[12] Isaac K. N., Adib Z., Owusu N.-B., Adebayo F.A., Frimpong K. / A predictive analytics model for crop suitability and productivity with tree-based ensemble learning / Decision Analytics Journal 8 (2023) 100311 / https://doi.org/10.1016/j.dajour.2023.100311
[13] P.S.S. Gopi, M. Karthikeyan, Red fox optimization with ensemble recurrent neural network for crop recommendation and yield prediction model / Multimedia Tools Appl. (2023) http://dx.doi.org/10.1007/s11042-023-16113-2.
[14] K.P.K. Devan, B. Swetha, P. Uma Sruthi, S. Varshini, Crop yield prediction and fertilizer recommendation system using hybrid machine learning algorithms, / IEEE 12th International Conference on Communication Systems and Network Technologies, CSNT, 2023, pp. 171–175, http://dx.doi.org/10.1109/CSNT57126.2023.10134662.
[15] Fan-Hsun Tseng Hsin-Hung Cho / Applying Big Data for Intelligent Agriculture-Based Crop Selection Analysis / IEEE Access PP (99):1-1 / August 2019 DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2935564
[16] Paula Romanovska, Bernhard Schauberger, Christoph Gornott. Wheat yields in Kazakhstan can successfully be forecasted using a statistical crop model / European Journal of Agronomy Volume 147, July 2023, 126843
[17] S. Chouhan, D. Singh, and A. Singh, An improved feature selection and classification using decision tree for crop datasets, International Journal of Computer Applications 142 (2016), pp. 5–8. doi:https://doi.org/10.5120/ijca2016909966. [Crossref], [Google Scholar]
[18] D. Heckmann, U. Schlüter, and A.P.M. Weber, Machine learning techniques for predicting crop photosynthetic capacity from leaf reflectance spectra, Mol Plant 10 (2017), pp. 878–890. doi:https://doi.org/10.1016/j.molp.2017.04.009. [Crossref] [PubMed] [Web of Science ®], [Google Scholar]
[19] P.S. Maya Gopal and R. Bhargavi., Feature selection for yield prediction in Boruta algorithm, International Journal of Pure and Applied Mathematics 118 (2018), pp. 139–144. [Google Scholar]
[20] A. Bahl, B. Hellack, M. Balas, A. Dinischiotu, M. Wiemanne, J. Brinkmann, A. Luch, B.Y. Renard, and A. Haase, Recursive feature elimination in random forest classification supports nanomaterial grouping, NanoImpact 15 (2019), pp. 100179. doi:https://doi.org/10.1016/j.impact.2019.100179. [Crossref] [Web of Science ®], [Google Scholar]
[21] P.S. Maya Gopal and R. Bhargavi., Performance evaluation of best feature subsets for crop yield prediction using machine learning algorithms, Appl. Artif. Intell. 33 (2019), pp. 621–642. doi:https://doi.org/10.1080/08839514.2019.1592343. [Taylor & Francis Online] [Web of Science ®], [Google Scholar]
[22] Marzhan Sadenova, Nail Alikuly Beisekenov, Petar Sabev Varbanov, Ting Pan / Application of Machine Learning and Neural Networks to Predict the Yield of Cereals, Legumes, Oilseeds and Forage Crops in Kazakhstan / MDPI journal: Agriculture 2023, 13(6), 1195; https://doi.org/10.3390/agriculture13061195
[23] Bekbayeva A. ASSESSMENT OF USING LAND SURFACE TEMPERATURE (LST) AND SATELLITE REMOTE SENSING FOR WHEAT YIELD MODELLING IN THE NORTH KAZAKHSTAN REGION / С.Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық университетінің Ғылым жаршысы (пәнаралық) = Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина (междисциплинарный). - 2019. - №4 (103). - С.33-42
[24] Kaggle-сайты. Ауыл шарушылық деректері бойынша деректер жиыны / https://www.kaggle.com/datasets/varshitanalluri/crop-recommendation-dataset / (деректерді алу уақыты - 20.05.2024)
[25] Alok Kumar, Mayank Jain / Ensemble Learning for AI Developers / book / Business Media New York, ISBN-13 (pbk): 978-1-4842-5939-9 ISBN-13 (electronic): 978-1-4842-5940-5, https://doi.org/10.1007/978-1-4842-5940-5
[26] Babak Asadi, Ramez Hajj / Prediction of asphalt binder elastic recovery using tree-based ensemble bagging and boosting models / Construction and Building Materials Volume 410, 5 January 2024, 134154 / https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134154
[27] Aleksandra P., Michael A., Galina M. / Heterogeneous versus Homogeneous Machine Learning Ensembles / Heterogeneous versus Homogeneous Machine Learning Ensembles, 2015 / DOI: 10.1515/itms-2015-0021
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Nurzhan Mukazhanov, Жибек Алибиева, Ляйля Черикбаева, Айгерим Еримбетова, Арай Касенхан

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.