基于熵值法和突变级数法的陕西省烟叶质量综合评价研究

第５２卷㊀第４期河南农业大学学报
Ｖｏｌ.５２㊀Ｎｏ.４２０１８年㊀㊀
８月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ａｕｇ.㊀
２０１８
收稿日期:２０１７－１２－１７
基金项目:陕西中烟工业有限责任公司科技项目(２０１７６１００００３４００９９)ꎻ中国烟草总公司陕西省公司科技项目(ＳＸＹＣ￣２０１６￣ＫＪ￣０２)作者简介:徐泽桐(１９９３ )ꎬ女ꎬ山西朔州人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事经济数学方面的研究ꎮ通信作者:张立新(１９６９ )ꎬ男ꎬ陕西韩城人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ博士研究生导师ꎮ
文章编号:１０００－２３４０(２０１８)０４－０６５７－０８
基于熵值法和突变级数法的陕西省烟叶
质量综合评价研究
徐泽桐１ꎬ刘亚相１ꎬ袁帅２ꎬ李本晟３ꎬ吴薇３ꎬ李司童３ꎬ毛凯伦３ꎬ韦成才４ꎬ张立新３
(１.西北农林科技大学理学院ꎬ陕西杨凌７１２１００ꎻ２.陕西中烟工业有限责任公司
技术中心ꎬ陕西宝鸡７２１０００ꎻ３.西北农林科技大学生命科学学院ꎬ陕西杨凌７１２１００ꎻ
４.陕西省烟草研究所ꎬ陕西西安７１００６１)
摘要:为了得到陕西省烟叶质量评价体系ꎬ立足于陕西省烤烟研究实际ꎬ选取陕西安康㊁宝鸡㊁汉中㊁商洛㊁咸阳㊁延安６个烟区５４个Ｃ３Ｆ等级烟叶样本ꎬ将化学成分和感官质量作为评价指标ꎬ运用熵值法和突变级数法来综合评价烟叶质量ꎬ并用聚类分析方法将烟叶分成 优㊁中㊁差 三类ꎬ同时用判别分析方法验证了评价模型及烟叶质量等级划分的合理性ꎮ优质烟样品３３个ꎬ占６１％ꎬ中等质量烟２０个ꎬ占３７％ꎬ较差质量烟１个ꎬ用判别分析预测烟叶质量分类准确率８５％以上ꎮ研究结果表明ꎬ该评价模型能反映烟叶综合质量状况ꎬ陕西省优质烟区集中在安康㊁汉中㊁商洛烟区ꎮ
关键词:烟叶综合评价ꎻ感官质量ꎻ化学成分ꎻ突变级数法ꎻ熵值法ꎻ聚类分析ꎻ判别分析中图分类号:Ｓ５７２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ
ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｆｉｎＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅｂａｓｅｄｏｎｅｎｔｒｏｐｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
ＸＵＺｅｔｏｎｇ１ꎬＬＩＵＹａｘｉａｎｇ１ꎬＹＵＡＮＳｈｕａｉ２ꎬＬＩＢｅｎｓｈｅｎｇ３ꎬＷＵＷｅｉ３ꎬ
ＬＩＳｉｔｏｎｇ３ꎬＭＡＯＫａｉｌｕｎ３ꎬＷＥＩＣｈｅｎｇｃａｉ４ꎬＺＨＡＮＧＬｉｘｉｎ３
(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅꎬＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹａｎｇｌｉｎｇ７１２１００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒｏｆＣｈｉｎａＴｏｂａｃｃｏＳｈａａｎｘｉＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ.Ｌｔｄ.ꎬＢａｏｊｉ７２１０００ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅꎬＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆Ｆ
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹａｎｇｌｉｎｇ７１２１００ꎬＣｈｉｎａꎻ４ＳｈａａｎｘｉＴｏｂａｃｃｏＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＸｉ ａｎ７１００６１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｆｌｕｅ￣ｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏｉｎＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅꎬｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｅｎｓｏｒｙｑｕａｌｉｔｙｏｆ５４Ｃ３ＦｇｒａｄｅｔｏｂａｃｃｏｓａｍｐｌｅｓｆｒｏｍＡｎｋａｎｇꎬＢａｏｊｉꎬＨａｎｚｈｏｎｇꎬＳｈａｎｇｌｕｏꎬＸｉａｎｙａｎｇａｎｄＹａｎ ａｎｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｔｏｂａｃｃｏｑｕａｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ.Ｅｎｔｒｏｐｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓ.Ａｎｄｔｈｅｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓｗｅｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｇｒａｄｅｓｂｙｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ:ｔｈｅｇｏｏｄꎬｍｅｄｉｕｍａｎｄｉｎｆｅｒｉｏｒｇｒａｄｅｓ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｇｒａｄｉｎｇｏｆｔｏｂａｃｃｏｑｕａｌｉｔｙｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔａｎａｌｙｓｉｓ.Ｔｈｅｒｅａｒｅ３３ｆｉｒｓｔ￣ｃｌａｓｓｔｏｂａｃｃｏｓａｍｐｌｅꎬａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒ６１％ꎬ２０ｍｅｄｉｕｍｔｏｂａｃｃｏｓａｍｐｌｅｓꎬａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒ３７％ａｎｄ１ｉｎｆｅｒｉｏｒｔｏｂａｃｃｏｓａｍｐｌｅ.Ａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔａｎａｌｙｓｉｓｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｏｂａｃｃｏｑｕａｌｉｔｙꎬｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｉｓａｂｏｖｅ８５％.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ
６５８
㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第５２卷ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓａｎｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｔｏｂａｃｃｏｓａｒｅｍａｉｎｌｙｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎａｒｅａｓｌｉｋｅＡｎｋａｎｇꎬＨａｎｚｈｏｎｇꎬａｎｄＳｈａｎｇｌｕｏｉｎＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｏｂａｃｃｏꎻｓｅｎｓｏｒｙｑｕａｌｉｔｙꎻｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎꎻｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎻｅｎｔｒｏｐｙｍｅｔｈｏｄꎻｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄꎻｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔａｎａｌｙｓｉｓ
㊀㊀烟叶是卷烟工业的基础ꎬ烟叶质量的优劣直接影响卷烟产品的质量ꎮ许多学者用不同方法对烟叶质量进行过评价ꎮ常用的综合评价方法有主成分分析[１－３]㊁聚类分析[３]㊁层次分析法[４]㊁灰色关联度法[５－６]㊁模糊数学方法[７]㊁ＴＯＰＳＩＳ[８]ꎮ目前ꎬ对于烟叶质量评价的定量分析中主要涉及评价指标选取及取值和权重确定两个方面ꎮ李伟等[９]选取农艺性状５个指标ꎬ即黑胫病病情指数㊁ＴＭＶ病情指数及化学成分㊁外观质量㊁评吸得分ꎬ用关联系数作为评价指标值ꎬ用主成分分析确定了指标权重来对烤烟进行评价ꎬ但该研究没有对评价模型进行验证ꎮ张勇刚等[１０]选取四川省６个主产烟区的烤烟感官质量作为评价指标ꎬ用模糊数学方法确定指标值ꎬ用熵值法确定了指标权重ꎬ将四川省烟草质量监督检验站给出的指数和法评价结果作为烟叶质量评价标准ꎬ用熵权模糊评价量化模型所得烟叶质量结果与其对比来说明该评价模型的合理性ꎬ但指数和法确定的评价结果是否与真实情况相符ꎬ能否作为参考标准值得商榷ꎮ薛超群等[１１]选取化学成分的常用指标ꎬ用模糊数学方法确定了指标的隶属度值ꎬ以上海烟草(集团)公司的标准确定了指标权重对申豫烤烟基地烟叶进行了评价ꎮ叶协锋等[１２]选取化学成分８个指标和外观质量８个指标ꎬ用主成分分析法提取出６个主成分ꎬ并用聚类分析对河南省平顶山市４２个烟叶样品进行了分类ꎬ最后用Ｆｉｓｈｅｒ判别分析法对模型进行了验证ꎮ从以上研究可以看到ꎬ对烤烟质量的评价还没有一个系统权威的标准ꎬ且都需要确定权重的具体值ꎬ且各指标权重值没有给出一致的意见ꎮ突变级数法是基于突变理论的综合评价方法ꎬ虽然该方法需要确定权重ꎬ但是不需确定评价指标的权重具体值ꎬ只需考虑各指标间的相对重要性即可ꎬ从而在不失科学性和合理性的同时ꎬ减少了主观性ꎬ使评价和分析更趋于实际ꎬ且计算简易准确ꎬ已应用在多个领域ꎮ如周立云等[１３]把突变级数法用在采矿方法优选方面ꎬ李乾德等[１４]把突变级数法用在水库安全综合评价方面ꎬ李祚泳等[１５]把突变级数法中的势函数推广到一般情形并运用在湖泊富营养化评价方面ꎮ但该方法目前还未应用在烟草行业ꎮ本研究基于熵值法和突变级数法建立了评价模型ꎬ用熵值法对指标重要性排序ꎬ再通过突变级数法从烤烟化学成分㊁感官质量方面综合评价陕西省烟草质量ꎬ以期为烟草系统提供关于秦巴烟区烟叶质量的评价标准ꎬ从而从整体上提升陕西省烟草的竞争力ꎬ提高陕西省经济效益ꎮ
１㊀材料与方法
１.１㊀材料选取
选取２０１１ ２０１５年陕西省６个烟区所有Ｃ３Ｆ等级的５４个烤烟样本作为研究对象ꎬ其中安康烟区１１个ꎬ宝鸡烟区１２个ꎬ汉中烟区９个ꎬ商洛烟区
１２个ꎬ咸阳烟区４个ꎬ延安烟区６个样本ꎮ
１.２㊀指标选取
烟叶质量包括５部分:化学成分㊁感官质量㊁外观质量㊁物理特性㊁安全性ꎮ因所选研究样本都是Ｃ３Ｆ等级ꎬ故外观质量和物理特性差异性不大ꎬ安全性的指标数据较少ꎬ化学成分依靠仪器测定是客观指标ꎬ感官质量依靠专家评吸得到是主观指标ꎮ将主客观因素同时结合起来ꎬ评价结果更加可信ꎬ故选取烤烟的化学成分和感官质量中具有代表性㊁业内公认的㊁容易测得的指标ꎬ如图１ꎮ
１.３㊀指标测定的方法
１.３.１㊀化学成分指标的测定㊀水溶性总糖㊁水溶性还原糖的测定方法:«烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法»(ＹＣ/Ｔ１５９ ２００２)ꎻ
总植物碱的测定方法:«烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动(硫氰酸钾)法»(ＹＣ/Ｔ４６８ ２０１３)ꎻ
氯的测定方法:«烟草及烟草制品氯的测定连续流动法»(ＹＣ/Ｔ１６２ ２０１１)ꎻ
淀粉的测定方法:«烟草及烟草制品淀粉的测定连续流动法»(ＹＣ/Ｔ２１６ ２００７)
钾的测定方法:«烟草及烟草制品钾的测定火焰光度法»(ＹＣ/Ｔ１７３ ２００３)ꎻ
糖碱比:烟叶水溶性总糖含量与烟碱含量的比值ꎻ
钾氯比:烟叶钾含量与氯含量的比值ꎮ１.３.２㊀感官质量指标的测定㊀感官质量指标采用专家评吸打分的方式来获取ꎬ依据«烤烟烟叶质量
第４期徐泽桐ꎬ等:基于熵值法和突变级数法的陕西省烟叶质量综合评价研究６５９
㊀
风格特色感官评价方法»(ＹＣ/Ｔ５３０ ２０１５)ꎬ采用标度检验技术评分(０~５分)ꎮ
１.４㊀模型建立
１.４.１㊀突变模型㊀突变理论通过研究对象的势函数来研究突变现象系统势函数通过系统状态变量Ｘ＝{ｘ１ꎬｘ２ꎬ ꎬｘｍ}和外部控制变量Ｕ＝{ｕ１ꎬｕ２ꎬ ꎬｕｎ}来描述系统的行为ꎬ即系统Ｖ＝ｆ(ＵꎬＸ)ꎮ当系统处于平衡状态的临界点时ꎬ系统就会发生突变ꎮ法国数学家ＴＨＯＭ[１６]通过数学推导证明了初等突变模型的存在性ꎬ李祚泳等[１５]又将初等突变模型推广到更一般的情形(ｎ个控制变量)ꎬ其势函数为:
Ｖ(ｘ)＝ｘｎ＋２＋ｕ１ｘｎ＋ｕ２ｘｎ－１＋ ＋ｕｎｘ(１)所对应的归一化方程为:
ｘ１＝ｕ１２１ꎬｘ２＝ｕ１３２ꎬ ꎬｘｎ＝ｕ１ｎ＋１ｎ(２)式中:ｘ１ꎬｘ２ꎬ ｘｎ为状态变量ꎻｕ１ꎬｕ２ꎬ ꎬｕｎ为状态变量的控制变量ꎮ
１.４.２㊀烟叶质量综合评价模型㊀突变级数法是基于突变理论建立的对评价目标进行排序分析的一种综合评价方法ꎮ本研究基于熵值法和突变级数法建立模型来进行烟叶质量综合评价ꎮ其步骤如下: (１)对评价目标进行多层次矛盾分解ꎬ建立树状的层次结构图ꎬ各层指标分别构成不同的突变系统ꎮ
(２)指标值预处理ꎮ包括评价指标类型的一致化ꎬ评价指标的无量纲化ꎮ
(３)利用熵值法确定指标重要性排序ꎮ(４)由１.４.１节中的归一化公式(２)进行综合量化运算ꎬ得到同一系统各控制变量(指标)的相应中间值ꎮ最后归一为一个参数ꎮ计算时若控制变量(指标)之间不是相互关联的ꎬ则遵循 非互补 原则ꎬ即 大中取小 ꎻ若指标间相关ꎬ能相互弥补不足ꎬ则遵循 非互补 原则ꎬ即 取平均值 ꎮ(５)从下层指标往上重复用步骤４ꎬ逐层计算ꎬ得到化学成分㊁感官质量突变隶属度值Ｂ１ꎬＢ２ꎮ(６)参考王彦亭等[４]«中国烟草种植区划»确定化学成分和感官质量的权重ꎬ并计算烤烟综合质量ꎮ设烤烟综合质量为Ａꎬ计算公式如下:
Ａ＝０.２５Ｂ１＋０.７５Ｂ２(３)２㊀结果与分析
对陕西６个烟区５４个烟叶样品编号ꎮ安康烟区按ＡＫ０１ꎬＡＫ０２ꎬ 进行编号ꎬ宝鸡烟区按ＢＪ０１ꎬＢＪ０２ꎬ 进行编号ꎬ汉中烟区按ＨＺ０１ꎬＨＺ０２ꎬ 进行编号ꎬ商洛烟区按ＳＬ０１ꎬＳＬ０２ꎬ 进行编号ꎬ咸阳烟区按ＸＹ０１ꎬＸＹ０２ 进行编号ꎬ延安烟区按ＹＡ０１ꎬＹＡ０２ꎬ 进行编号ꎮ
２.１㊀实例分析
２.１.１㊀多层次目标结构体系㊀建立多层次目标结构体系ꎬ如图
１ꎮ
图１㊀烟叶质量层次结构
Ｆｉｇ.１㊀Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｆｑｕａｌｉｔｙ
２.１.２㊀指标值预处理
(１)评价指标类型的一致化
对烟叶质量进行综合评价时ꎬ所有的指标需是极大型指标ꎬ而原始数据中化学成分和感官质量的指标有极大型指标㊁极小型指标㊁中间型指标及区间型指标ꎬ必须全部转化为极大型指标ꎮ本研究利用隶属函数将数据转化为极大型指标ꎮ
烟叶感官质量指标除杂气㊁刺激性㊁干燥感是极小型指标外ꎬ其余指标都是极大型指标ꎮ
对极小型指标ꎬ令
６６０㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第５２卷
ｕ∗＝Ｍ－ｕ(４)
式中:Ｍ为指标ｕ的允许上界ꎬ在此取Ｍ＝５ꎮ
根据实践经验ꎬ并参照«中国烟草种植区划»[４]ꎬ可知烟叶化学成分指标中除烟碱是中间型指标外ꎬ其余全部为区间型指标ꎮ
烟叶化学成分指标中烟碱是中间型指标ꎮ对中间型指标ꎬ令
ｕ∗＝ｕｃｑ
㊀ｕɤｃｑｃｑ
ｘ㊀ｕ>ｃｑìî
íïïïï(５)
式中:ｃｑ为指标ｕ最适宜值ꎮ在此为烟碱最适宜值ꎬ取ｃｑ＝２.５ꎮ
根据陕西省烟叶特点ꎬ并参考相关文献[４ꎬ７]ꎬ确立了化学成分中总糖㊁还原糖㊁糖碱比㊁氯㊁钾㊁钾氯比㊁淀粉的隶属函数分布类型及各函数拐点ꎮ
还原糖㊁糖碱比㊁氯为梯形分布ꎬ其表达式为:
ｕ∗＝０ｕ<ｃ１或ｕ>ｃ２ｕ－ｃ１
ｃ３－ｃ
１
ｃ１<ｕɤｃ３１ｃ３<ｕɤｃ４ｃ２－ｕｃ２－ｃ４ｃ４<ｕɤｃ２ìîíï
ïïïïïïï(６)
式中:[ｃ１ꎬｃ２]为允许的最大上㊁下界ꎻ[ｃ３ꎬｃ４]为最
适宜区间ꎮ取值见表１ꎮ
表１㊀还原糖㊁糖碱比㊁氯的隶属度函数拐点
Ｔａｂ.１㊀Ｐｏｉｎｔｏｆｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆ
ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒꎬｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｕｇａｒｔｏｎｉｃｏｔｉｎｅａｎｄｃｈｌｏｒｉｎｅ
指标Ｉｎｄｅｘ
ｃ１ｃ３ｃ４ｃ２还原糖
Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒ
１５１８２２３４糖碱比
Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｕｇａｒｔｏｎｉｃｏｔｉｎｅ４.５８.５９.５３７氯
Ｃｈｌｏｒｉｎｅ
０.０４
０.３
０.６
０.８
㊀㊀总糖为抛物型分布ꎬ其表达式为:
ｕ∗＝０ｕɤｃ１或ｕ>ｃ３ｕ－ｃ１
ｃ２－ｃ１ｃ１<ｕɤｃ２１－ｕ－ｃ２
ｃ３－ｃ２ｃ２<ｕɤｃ３
ìî
íï
ïï
ï
ïï(７)
式中:ｃ１＝１８ꎻｃ２＝２５ꎻｃ３＝３６ꎻ
钾㊁钾氯比为升半梯形分布ꎬ其表达式为:
ｕ∗＝０ｕɤｃｑ１－ｃｑ
ｕｕ>ｃｑ
ìî
íïï
ï(８)其中ꎬ钾的隶属函数拐点ｃｑ取值为１.５ꎻ钾氯比的隶属函数拐点ｃｑ取值为４ꎮ
淀粉为降半梯形分布ꎬ其表达式为:
ｕ∗＝１ｕɤｃｑｃｑｕ
ｕ>ｃｑìîíïï
ï(９)
式中:ｃｑ＝３.５ꎮ
(２)评价指标的无量纲化
数据转化为极大型指标后ꎬ各指标间仍存在数量级㊁量纲的差异ꎮ本研究采用向量规范法对化学成分㊁感官质量系统中底层指标的原始数据预处理[１７]ꎮ
２.１.３㊀指标权重的确定㊀熵值法是一种根据各项指标观测值所提供的信息量的大小来确定指标权数的客观权重赋值方法[１７]ꎮ指标权数越大ꎬ表示该指标的样本差异越大ꎮ
用熵值法确定的化学成分系统中底层指标权重(表２)ꎬ感官质量系统中各底层指标权重(表３)ꎬ得到各指标对系统影响的相对重要性ꎮ
２.１.４㊀烟叶质量综合评价㊀以样本ＹＡ０１的归一化计算为例ꎮ由上面权重可知ꎬ化学成分系统中各指标重要性排序为氯㊁钾㊁总糖㊁还原糖㊁淀粉㊁总植物碱㊁糖碱比㊁钾氯比ꎬ记为ｕ１ꎬｕ２ꎬ ꎬｕ８ꎮ
表２㊀化学成分指标权重
Ｔａｂｌｅ２㊀Ｉｎｄｅｘｗｅｉｇｈｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
总糖Ｔｏｔａｌｓｕｇａｒ还原糖Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒ总植物碱Ｎｉｃｏｔｉｎｅ糖碱比Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｕｇａｒｔｏｎｉｃｏｔｉｎｅ
氯Ｃｈｌｏｒｉｎｅ
钾Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ钾氯比
Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍ
ｔｏｃｈｌｏｒｉｎｅ
淀粉Ｓｔａｒｃｈ
０.１５４５
０.１３１６
０.０５１１
０.０４５８
０.３１２６０.１６１９
０.０２８８
０.１１３８
表３㊀感官质量指标权重
Ｔａｂｌｅ３㊀Ｉｎｄｅｘｗｅｉｇｈｔｏｆｓｅｎｓｏｒｙｑｕａｌｉｔｙ
风格特征Ｓｔｙｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
香型Ｆｌａｖｏｒ
香气状态Ａｒｏｍａ香韵Ｎｏｔｅ
烟气浓度
Ｓｍｏｋｅ
ｄｅｎｓｉｔｙ劲头
Ｓｔｒｅｎｇｔｈ
香气特征
Ａｒｏｍａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
香气质Ａｒｏｍａｑｕａｌｉｔｙ香气量Ａｒｏｍａｑｕａｎｔｉｔｙ透发性Ｐｅｒｍｅ￣ａｂｉｌｉｔｙ杂气Ｏｆｆｅｎｓｉｖｅｆｌａｖｏｒ烟气特征
Ｓｍｏｋｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
细腻程度
Ｄｅｇｒｅｅｏｆｄｅｌｉｃａｃｙ柔和程度Ｄｅｇｒｅｅｏｆｓｏｆｔｎｅｓｓ圆润感Ｍｅｌｌｏｗｓｅｎｓｅ
口感特征Ｔａｓｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ刺激性Ｉｒｒｉｔａｔｉｏｎ
干燥感Ｄｒｙｓｅｎｃｅ
余味Ａｆｔｅｒｔａｓｔｅ０.１６２７０.１６３２０.３２０９０.１９７９０.１５５４０.３５２２０.３８５２０.２６１５０.００１１
０.３４２０
０.３３２４
０.３２５６０.３１７００.３４１４
０.３４１６
第４期徐泽桐ꎬ等:基于熵值法和突变级数法的陕西省烟叶质量综合评价研究６６１
㊀㊀㊀将其代入归一化方程式(２)中ꎬ可得各指标突
变隶属度值为:
ｕ１＝０.３８４２ꎬｕ２＝０.５２６９ꎬｕ３＝０.６７０５ꎬｕ４＝０.６６７６ꎬ
ｕ５＝０.７５４８ꎬｕ６＝０.７６３３ꎬｕ７＝０.７８７０ꎬｕ８＝０.７９７５
因各指标间有相关性ꎬ因此采用 互补 原则ꎬ
取平均值ꎬ得到化学成分突变隶属度值Ｂ１为:
Ｂ１＝１８ð８ｉ＝１ｕｉ＝０.６６９０
同理ꎬ可得风格特征Ｃ１㊁香气特征Ｄ１㊁口感特
征Ｄ２㊁烟气特征Ｄ３突变隶属度值为:
Ｃ１＝０.５５４０ꎬＤ１＝０.５１４４ꎬＤ２＝０.４７７３ꎬＤ３＝０.４６１２
得到香气㊁口感㊁烟气特征的突变隶属度值后ꎬ
用熵值法得出香气㊁口感㊁烟气特征的重要性排序
为香气特征>口感特征>烟气特征ꎮ再利用归一
化公式并采用 互补 原则ꎬ可得品质特征突变隶
属度值Ｃ２为０.７７４３ꎬ逐层往上ꎬ最终得到感官质
量突变隶属度值Ｂ２为０.８３１３ꎮ
计算烟叶综合质量值Ａ为:
Ａ＝０.２５Ｂ１＋０.７５Ｂ２＝０.７９０７
此为ＹＡ０１的烟叶综合质量ꎮ同理ꎬ得到所有
样品的综合质量值ꎮ再根据这些烟叶综合质量值
用系统聚类分析[１８]ꎬ其中聚类方法选用瓦尔德法ꎬ
距离的测度方法选用欧氏距离平方ꎬ将５４个烟叶
样本划分为 优㊁中㊁差 三类ꎬ第１类(优质质量)
３３个ꎬ第２类(中等质量)２０个ꎬ第３类(较差质
量)１个ꎬ结果如表４ꎮ
表４㊀烟叶综合质量及等级划分
Ｔａｂｌｅ４㊀Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｇｒａｄｅ
ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓ
编号Ｎｕｍｂｅｒ化学成分值
Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｖａｌｕｅ
感官质量值
Ｓｅｎｓｏｒｙ
ｑｕａｌｉｔｙ
ｖａｌｕｅ
烟叶综合质量
Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ
ｑｕａｌｉｔｙｏｆ
ｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓ
排序
Ｓｏｒｔ类别
Ｃａｔｅｇｏｒｙ
ＡＫ０３０.６５７２０.８５０５０.８０２１１１ＡＫ０２０.６３３４０.８５３３０.７９８３４１ＡＫ０９０.６５９１０.８４３２０.７９７２５１ＡＫ０８０.６５３５０.８４４８０.７９６９６１ＡＫ０７０.６４６８０.８４２２０.７９３３１５１ＡＫ１１０.６４０７０.８４４００.７９３２１６１ＡＫ０６０.６２８５０.８４７００.７９２４１９１ＡＫ０４０.６３５６０.８４１８０.７９０２３０１ＡＫ０５０.６３１４０.８４２５０.７８９７３３１ＡＫ０１０.６０５２０.８４８４０.７８７６３７２ＡＫ１００.６１２８０.８４３８０.７８６０４３２ＢＪ０６０.６５１８０.８４４９０.７９６６７１ＢＪ１００.６５６２０.８４２１０.７９５６１２１ＢＪ０２０.６３２６０.８４６６０.７９３１１７１ＢＪ０８０.６５７２０.８３７２０.７９２２２２１ＢＪ０５０.６３５４０.８４３００.７９１１２４１ＢＪ０９０.６４１００.８４０００.７９０３２９１ＢＪ０１０.６２９９０.８４１６０.７８８７３５２ＢＪ１１０.６２７１０.８４０８０.７８７４３９２
续表４
Ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇｔａｂｌｅ４
编号
Ｎｕｍｂｅｒ
化学成分值
Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｖａｌｕｅ
感官质量值
Ｓｅｎｓｏｒｙ
ｑｕａｌｉｔｙ
ｖａｌｕｅ
烟叶综合质量
Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ
ｑｕａｌｉｔｙｏｆ
ｔｏｂａｃｃｏｌｅａｆ
排序
Ｓｏｒｔ类别
Ｃａｔｅｇｏｒｙ
ＢＪ１２０.６１５３０.８４２３０.７８５５４５２ＢＪ０７０.６３３４０.８３４７０.７８４４４７２ＢＪ０３０.６０５８０.８４０７０.７８２０５０２ＢＪ０４０.５８９４０.８４０６０.７７７８５３２ＨＺ０７０.６６５１０.８４４２０.７９９５２１ＨＺ０１０.６７１１０.８３７９０.７９６２８１ＨＺ０３０.６５１１０.８４４４０.７９６０１０１ＨＺ０２０.６５６６０.８４２３０.７９５９１１１ＨＺ０４０.６３６７０.８４４１０.７９２２２０１ＨＺ０９０.６４６１０.８４１００.７９２２２１１ＨＺ０８０.６２５３０.８４６１０.７９０９２５１ＨＺ０５０.６６３２０.８３２１０.７８９９３１１ＨＺ０６０.６３３２０.８３１４０.７８１８５１２ＳＬ１１０.６７１９０.８４１３０.７９９０３１ＳＬ０４０.６６３４０.８４０３０.７９６１９１ＳＬ０５０.６２９００.８４９６０.７９４４１３１ＳＬ１２０.６５６００.８４０５０.７９４３１４１ＳＬ０７０.６５４００.８３９４０.７９３０１８１ＳＬ０３０.６３９１０.８４０９０.７９０４２８１ＳＬ０２０.６２７１０.８４４１０.７８９９３２１ＳＬ１００.６３４５０.８４０７０.７８９２３４２ＳＬ０１０.６２７１０.８３９６０.７８６５４１２ＳＬ０９０.６１２４０.８４４００.７８６１４２２ＳＬ０６０.６３８２０.８３３６０.７８４７４６２ＳＬ０８０.６２７４０.８３４００.７８２４４９２ＸＹ０４０.６５６５０.８３６９０.７９１８２３１ＸＹ０２０.６３４５０.８３９７０.７８８４３６２ＸＹ０３０.６６３６０.８２８８０.７８７５３８２ＸＹ０１０.５３７８０.８３９４０.７６４０５４３ＹＡ０６０.６４５４０.８３９２０.７９０７２６１ＹＡ０１０.６６９００.８３１３０.７９０７２７１ＹＡ０３０.６５６２０.８３０７０.７８７１４０２ＹＡ０４０.６３５９０.８３５８０.７８５９４４２ＹＡ０５０.６２６６０.８３４４０.７８２５４８２ＹＡ０２０.６３０１０.８２７７０.７７８３５２２２.２㊀评价模型的验证
将化学成分的８个底层指标和感官质量的１５个底层指标的原始数据转化成极大型指标后ꎬ运用判别分析的方法预测烟叶质量分类的准确性[１８]ꎬ所得结果如表５ꎮ
表５㊀判别分析结果
Ｔａｂｌｅ５㊀Ｒｅｓｕｌｔｏｆｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔａｎａｌｙｓｉｓ
预测组成员信息
Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｇｒｏｕｐｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ
１２３
总计
Ｔｏｔａｌ
原始
Ｏｒｉｇｉｎａｌ
计数/％
Ｃｏｕｎｔ
１３２１０３３
２０２００２０
３００１１
１９７.０３.００１００.０
２０１００.００１００.０
３００１００.０１００.０
６６２
㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第５２卷
续表５
Ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇｔａｂｌｅ５
预测组成员信息Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｇｒｏｕｐｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ１２３总计Ｔｏｔａｌ
交叉验证ｂ
Ｃｒｏｓｓ￣
ｖａｌｉｄａｔｅｄｂ计数/％
Ｃｏｕｎｔ１２９４０３３２３１７０２０３０１０１１８７.９１２.１０１００.０２１５.０８５.００１００.０３０１００.００１００.０
㊀ａ.正确地对９８.１％个原始已分组个案进行了分类ꎮｂ.仅针对分析中的个案进行交叉验证ꎮ在交叉验证中ꎬ每个个案都由那些从该个案以外的所有个案派生的函数进行分类ꎮｃ.正确地对８５.２％个进行了交叉验证的已分组个案进行了分类ꎮ
ａ.９８.１％ｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｇｒｏｕｐｅｄｃａｓｅｓｃｏｒｒｅｃｔｌｙｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ.ｂ.Ｃｒｏｓｓｖａｌｉ￣ｄａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｏｎｌｙｆｏｒｔｈｏｓｅｃａｓｅｓｉｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ.Ｉｎｃｒｏｓｓｖａｌｉｄａｔｉｏｎꎬｅａｃｈｃａｓｅｉｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍａｌｌｃａｓｅｓｏｔｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｃａｓｅ.ｃ.８５.２％ｏｆｃｒｏｓｓ￣ｖａｌｉｄａｔｅｄｇｒｏｕｐｅｄｃａｓｅｓｃｏｒｒｅｃｔｌｙｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ.㊀㊀３个等级质量的烟叶在各烟区的分布情况如图２ꎮ各烟区３个等级质量烟叶所占比例如图
３ꎮ
图２㊀不同质量等级烟叶在陕西各烟区分布情况
Ｆｉｇ.２㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｇｒａｄｅｓｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｏｂａｃｃｏｇｒｏｗｉｎｇａｒｅａｓｉｎ
Ｓｈａａｎｘｉ
图３㊀不同烟区各等级质量烟叶占比例图
Ｆｉｇ.３㊀Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｏｂａｃｃｏｌｅａｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｇｒａｄｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｏｂａｃｃｏａｒｅａｓ
㊀㊀从图２可以看到ꎬ优质烟叶最多ꎬ较差烟叶极
少ꎬ陕西省整体烟叶质量较好ꎮ从优质质量烟叶分
布中ꎬ可以看到安康㊁汉中㊁商洛㊁宝鸡的优质烟远
多于咸阳㊁延安烟区ꎮ从中等质量烟叶分布来看ꎬ
宝鸡㊁商洛㊁延安烟区中等质量烟叶较多ꎬ较差质量
烟叶只有１个ꎬ在咸阳烟区(图３)ꎮ
从各烟区每个质量等级烟叶所占比例可以看
到ꎬ汉中优质烟叶最多ꎬ安康次之ꎬ这２个烟区优质
烟远多于中下等烟ꎮ
３㊀结论与讨论
目前ꎬ有关烟叶质量评价的研究重点主要是在
评价模型的研究和评价指标的选取上ꎮ选取烟叶
化学成分评价烟叶质量一直以来是烟叶质量研究
的热点ꎬ陈征等[１９]利用烟叶化学成分评价烟叶质
量ꎬ用灰色关联分析方法来确定化学成分各指标的
权重ꎮ刘伟等[２０]用Ｆｉｓｈｅｒ判别分析方法研究了化
学成分对烟叶质量的分类准确性ꎬ以期找到直接用
化学成分来判别烟叶质量优劣的方法ꎬ从而取代用
第４期徐泽桐ꎬ等:基于熵值法和突变级数法的陕西省烟叶质量综合评价研究６６３
㊀
感官质量评价烟叶质量这一较为主观的烟叶分类方法ꎮ蒋佳磊等[２１]分析了中国不同地区烟叶不同部位的化学成分ꎬ以层次分析法来确定化学成分各指标的权重ꎬ用隶属度函数来确定指标值ꎬ其中各隶属度函数拐点值的确定是结合烟草公司利群品牌烟叶实际情况并参考烤烟质量标准的要求而得到的ꎬ总糖㊁还原糖㊁总植物碱㊁氯㊁总氮㊁糖碱比和氮碱比的隶属度函数类型均为中间梯形分布ꎬ而钾氯比和钾的隶属度函数类型为升半梯形分布ꎮ本研究中ꎬ化学成分的隶属度函数是参考相关文献并结合陕西省烟叶实际情况而确定的ꎬ各指标的隶属度函数更加精细化ꎮ许自成等[２２]对湘南烟区烟叶外观质量和感官质量进行分析ꎬ用主成分分析确定各指标的权重ꎬ该研究没有验证所得评价结果的合理性ꎮ
不同的学者选取不同的指标㊁不同的方法来对烟叶质量进行评价ꎬ对权重的赋值有的采用主观赋权法ꎬ有的采用客观赋权法ꎬ针对烤烟质量的研究至今还没有建立一个客观统一的评价体系ꎬ没有给出一个系统权威的评价标准ꎬ且许多学者在得出最后评价结果后未对其合理性用客观的数学方法去验证ꎮ
本研究选取化学成分８个指标ꎬ感官质量１５个指标ꎬ将影响烟叶质量的主客观因素同时考虑ꎬ运用熵值法确定指标重要性排序ꎬ不受主观人为因素影响ꎬ完全依赖数据本身的差异来确定指标重要性ꎮ用突变级数法来得到烟叶综合质量ꎬ适用于这种权重值没有统一认知的情况ꎮ再用聚类分析得到烤烟分类ꎬ最后将５４个样本的数据用判别分析对评价结果的合理性进行验证ꎬ使得结果更有说服力ꎮ
从判别分析结果可知ꎬ对原始分组的样本分类预测准确率为９８.１％ꎬ交叉验证的分类预测准确率为８５.２％ꎬ且错分主要发生在２个类别的交界处ꎮ表明用聚类分析方法将评价模型得到的烟叶综合质量分为 优㊁中㊁差 三类是正确的ꎮ说明基于熵值法和突变级数法的综合质量评价模型用于评价烟叶质量是正确合理的ꎬ评价效果良好ꎬ评价结果可以作为企业实际生产的参考ꎬ具有工业可用性价值ꎮ
从最后得出的评价结果可知ꎬ优质烟叶产区在安康㊁商洛㊁汉中烟区ꎬ尤以安康烟区最佳ꎮ较差的烟叶产区在宝鸡㊁咸阳㊁延安烟区ꎮ
从聚类分析结果可知ꎬ第１类优质质量３３个ꎬ第２类中等质量２０个ꎬ第３类较差质量１个ꎮ陕西省整体上烟叶质量较好ꎬ中上等烟占比９８％ꎬ第三类较差烟叶非常少ꎮ
从烟叶综合质量排序结果来看ꎬ排名第一的是安康烟区的烟叶ꎮ
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(责任编辑:常思敏)。