本發(fā)明涉及效果評估，具體是指基于大數(shù)據(jù)的液氮保存效果評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、液氮保存效果評估方法是一種用于監(jiān)測和評估在超低溫液氮條件下進(jìn)行樣本或生物材料保存質(zhì)量和穩(wěn)定性的方法。液氮保存被廣泛應(yīng)用于生物樣本、細(xì)胞、組織等材料的長期保存中，以確保其活性、質(zhì)量和特性不隨時(shí)間顯著變化。但是一般液氮保存效果評估方法存在對不同保存條件下的液氮數(shù)據(jù)分布處理能力不足，對液氮保存數(shù)據(jù)噪聲影響嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致保存效果評估結(jié)果準(zhǔn)確性差的問題；一般液氮保存效果評估方法存在對液氮保存過程的非線性應(yīng)對能力差，無法實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的液氮保存效果評估的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了基于大數(shù)據(jù)的液氮保存效果評估方法及系統(tǒng)，針對一般液氮保存效果評估方法存在對不同保存條件下的液氮數(shù)據(jù)分布處理能力不足，對液氮保存數(shù)據(jù)噪聲影響嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致保存效果評估結(jié)果準(zhǔn)確性差的問題，本方案通過引入可學(xué)習(xí)參數(shù)設(shè)計(jì)動態(tài)激活函數(shù)，提高預(yù)測的穩(wěn)定性；基于模塊權(quán)重構(gòu)建正則化項(xiàng)進(jìn)而設(shè)計(jì)損失函數(shù)，提高液氮保存效果評估的預(yù)測準(zhǔn)確性；針對一般液氮保存效果評估方法存在對液氮保存過程的非線性應(yīng)對能力差，無法實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的液氮保存效果評估的問題，本方案通過逐模塊逐步更新，增強(qiáng)對液氮保存效果評估數(shù)據(jù)細(xì)微變化的捕捉能力；基于二次動態(tài)優(yōu)化修正參數(shù)，提高液氮保存效果評估效率。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：本發(fā)明提供的基于大數(shù)據(jù)的液氮保存效果評估方法，該方法包括以下步驟：

3、步驟s1：數(shù)據(jù)采集；

4、步驟s2：數(shù)據(jù)預(yù)處理；

5、步驟s3：建立液氮保存效果評估模型；

6、步驟s4：液氮保存效果評估。

7、進(jìn)一步地，在步驟s1中，所述數(shù)據(jù)采集是采集歷史液氮保存監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述歷史液氮保存監(jiān)測數(shù)據(jù)包括環(huán)境參數(shù)、保存操作參數(shù)、樣本特性參數(shù)、保存介質(zhì)參數(shù)、設(shè)備性能參數(shù)和保存效果評估等級；將保存效果評估等級作為數(shù)據(jù)標(biāo)簽。

8、進(jìn)一步地，在步驟s2中，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理是對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化處理；所述數(shù)據(jù)清洗是對缺失值和重復(fù)值處理；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為向量形式；所述標(biāo)準(zhǔn)化處理是基于最大最小歸一化法對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

9、進(jìn)一步地，在步驟s3中，所述建立液氮保存效果評估模型具體包括以下步驟：

10、步驟s31：模型架構(gòu)設(shè)計(jì)；液氮保存效果評估模型采用循環(huán)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為基本架構(gòu)，并引入動態(tài)激活函數(shù)與并行梯度更新機(jī)制；輸入層輸入特征向量，包含液氮保存過程中的相關(guān)參數(shù)；隱藏層使用k個(gè)ps模塊，每個(gè)模塊包含權(quán)重向量，用于逐層計(jì)算和傳遞信息；每個(gè)ps模塊計(jì)算并輸出中間值，表示為：；其中，是第l個(gè)樣本在第k個(gè)ps模塊中的輸出；αk是第k個(gè)ps模塊的權(quán)重；k1是模塊內(nèi)權(quán)重總數(shù)，i是模塊內(nèi)權(quán)重索引；是第k個(gè)ps模塊中第i個(gè)權(quán)重向量；是第l個(gè)樣本的輸入特征向量；

11、步驟s32：動態(tài)激活函數(shù)設(shè)計(jì)；通過可調(diào)參數(shù)動態(tài)調(diào)整激活函數(shù)的形狀，從而適應(yīng)不同液氮保存條件下的樣本數(shù)據(jù)；動態(tài)激活函數(shù)表示為：；其中，g(·)是動態(tài)激活函數(shù)；a、b和c是可學(xué)習(xí)參數(shù)，用于動態(tài)調(diào)整激活函數(shù)的形狀；x是激活函數(shù)輸入；

12、步驟s33：損失函數(shù)定義；損失函數(shù)用于評估模型的輸出與真實(shí)保存效果的差異，表示為：；其中，e是損失函數(shù)；l是樣本總數(shù)，l是樣本索引；是真實(shí)標(biāo)簽；是預(yù)測標(biāo)簽；是正則化系數(shù)；

13、步驟s34：參數(shù)更新；使用優(yōu)化并行梯度參數(shù)更新，具體包括：

14、步驟s341：計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)；表示為：；；

15、；；其中，、、和分別是損失函數(shù)對、、和的偏導(dǎo)；、和分別是第m次訓(xùn)練時(shí)的a、b和c；是激活函數(shù)的導(dǎo)數(shù)；是第m次訓(xùn)練時(shí)的輸出；

16、步驟s342：自適應(yīng)更新；表示為：；；；；其中，、、和分別是第m+1次訓(xùn)練時(shí)的a、b、c和；是第m次訓(xùn)練時(shí)的；是學(xué)習(xí)率；

17、步驟s343：逐步更新ps模塊權(quán)重；在自適應(yīng)更新完成后，按順序逐步更新每個(gè)ps模塊的權(quán)重向量，對于第t個(gè)ps模塊的權(quán)重向量，計(jì)算損失函數(shù)關(guān)于權(quán)重向量的梯度，表示為：；更新第t個(gè)ps模塊的權(quán)重向量，并基于梯度下降法對權(quán)重向量更新，第j個(gè)權(quán)重向量的梯度表示為：；完成所有權(quán)重向量更新后，得到新的權(quán)重參數(shù)wm+1；其中，i1是前t-1個(gè)ps模塊索引；和分別是第m+1次和第m次訓(xùn)練第i1個(gè)ps模塊對第l個(gè)樣本的輸出；i2是權(quán)重向量索引；

18、步驟s35：模型判定；對預(yù)處理后的歷史液氮保存監(jiān)測數(shù)據(jù)隨機(jī)劃分為訓(xùn)練集和測試集；當(dāng)液氮保存效果評估模型對訓(xùn)練集損失收斂時(shí)，模型訓(xùn)練完成；預(yù)先設(shè)有預(yù)測閾值，當(dāng)訓(xùn)練完成的液氮保存效果評估模型對測試集的預(yù)測正確率高于預(yù)測閾值時(shí)，液氮保存效果評估模型建立完成；否則進(jìn)行初始參數(shù)修正并重新劃分?jǐn)?shù)據(jù)集訓(xùn)練模型；

19、步驟s36：初始參數(shù)修正；具體包括：

20、步驟s361：基于初始模塊權(quán)重和初始激活函數(shù)可學(xué)習(xí)參數(shù)、正則化系數(shù)和學(xué)習(xí)率建立參數(shù)修正空間；引入雙重動態(tài)映射，表示為：；初始化粒子個(gè)體位置，表示為：；其中，yu+1和yu分別是第u+1個(gè)和第u個(gè)個(gè)體的動態(tài)值；μ是動態(tài)因子；xu+1,d是第u+1個(gè)個(gè)體第d維度的位置；ld和ud分別是第d維度的下限和上限；

21、步驟s362：動態(tài)修正；基于灰狼搜索算法進(jìn)行位置更新；將基于個(gè)體位置訓(xùn)練完成的液氮保存效果評估模型對測試集的預(yù)測正確率作為個(gè)體適應(yīng)度值；選擇個(gè)體適應(yīng)度值最大的個(gè)體作為最優(yōu)個(gè)體；對最優(yōu)個(gè)體進(jìn)行動態(tài)修正，表示為：；；其中，是第u個(gè)個(gè)體第d維度的動態(tài)位置；是第t次迭代時(shí)個(gè)體最優(yōu)位置；和分別是種群中第d維度的上界和下屆；是最優(yōu)個(gè)體動態(tài)修正后的位置；

22、步驟s363：迭代判定；若存在個(gè)體適應(yīng)度值高于預(yù)測閾值，修正迭代結(jié)束，得到建立完成的液氮保存效果評估模型；若達(dá)到最大迭代次數(shù)，則返回步驟s361；否則重復(fù)位置更新和動態(tài)修正。

23、進(jìn)一步地，在步驟s4中，所述液氮保存效果評估是基于建立完成的液氮保存效果評估模型，實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)、保存操作參數(shù)、樣本特性參數(shù)、保存介質(zhì)參數(shù)和設(shè)備性能參數(shù)，經(jīng)預(yù)處理后輸入至模型中，將模型預(yù)測的保存效果評估等級作為液氮保存效果評估結(jié)果。

24、本發(fā)明提供的基于大數(shù)據(jù)的液氮保存效果評估系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、液氮保存效果評估模型建立模塊和液氮保存效果評估模塊；

25、所述數(shù)據(jù)采集模塊采集歷史液氮保存監(jiān)測數(shù)據(jù)；

26、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化處理；

27、所述液氮保存效果評估模型建立模塊引入可學(xué)習(xí)參數(shù)設(shè)計(jì)動態(tài)激活函數(shù)；基于模塊權(quán)重構(gòu)建正則化項(xiàng)進(jìn)而設(shè)計(jì)損失函數(shù)；基于逐模塊逐步更新和二次動態(tài)優(yōu)化修正參數(shù)實(shí)現(xiàn)液氮保存效果評估模型的建立；

28、所述液氮保存效果評估模塊基于建立完成的液氮保存效果評估模型對實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)液氮保存效果評估。

29、采用上述方案本發(fā)明取得的有益效果如下：

30、（1）針對一般液氮保存效果評估方法存在對不同保存條件下的液氮數(shù)據(jù)分布處理能力不足，對液氮保存數(shù)據(jù)噪聲影響嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致保存效果評估結(jié)果準(zhǔn)確性差的問題，本方案通過引入可學(xué)習(xí)參數(shù)設(shè)計(jì)動態(tài)激活函數(shù)，提高預(yù)測的穩(wěn)定性；基于模塊權(quán)重構(gòu)建正則化項(xiàng)進(jìn)而設(shè)計(jì)損失函數(shù)，提高液氮保存效果評估的預(yù)測準(zhǔn)確性。

31、（2）針對一般液氮保存效果評估方法存在對液氮保存過程的非線性應(yīng)對能力差，無法實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的液氮保存效果評估的問題，本方案通過逐模塊逐步更新，增強(qiáng)對液氮保存效果評估數(shù)據(jù)細(xì)微變化的捕捉能力；基于二次動態(tài)優(yōu)化修正參數(shù)，提高液氮保存效果評估效率。