Maize, a crucial crop globally cultivated across vast regions, especially in sub-Saharan Africa, Asia, and Latin America, occupies 197 million hectares as of 2021. Various statistical and machine learning models, including mixed-effect models, random coefficients models, random forests, and deep learning architectures, have been devised to predict maize yield. These models consider factors such as genotype, environment, genotype-environment interaction, and field management. However, the existing models often fall short of fully exploiting the complex network of causal relationships among these factors and the hierarchical structure inherent in agronomic data. This study introduces an innovative approach integrating random effects into Bayesian networks (BNs), leveraging their capacity to model causal and probabilistic relationships through directed acyclic graphs. Rooted in the linear mixed-effects models framework and tailored for hierarchical data, this novel approach demonstrates enhanced BN learning. Application to a real-world agronomic trial produces a model with improved interpretability, unveiling new causal connections. Notably, the proposed method significantly reduces the error rate in maize yield prediction from 28% to 17%. These results advocate for the preference of BNs in constructing practical decision support tools for hierarchical agronomic data, facilitating causal inference.


翻译:玉米是全球范围内广泛种植的重要作物,尤其在撒哈拉以南非洲、亚洲和拉丁美洲地区,截至2021年种植面积达1.97亿公顷。目前已有多种统计与机器学习模型(包括混合效应模型、随机系数模型、随机森林和深度学习架构)用于预测玉米产量。这些模型综合考虑了基因型、环境、基因型-环境互作及田间管理等因素。然而,现有模型往往未能充分利用这些因素间复杂的因果关系网络以及农学数据固有的层次结构。本研究提出一种创新方法,将随机效应整合到贝叶斯网络中,利用其通过有向无环图建模因果与概率关系的能力。该方法基于线性混合效应模型框架并针对层次数据定制,显著提升了贝叶斯网络的学习效果。应用于真实农学试验后,所得模型具有更强的可解释性,并揭示了新的因果关联。值得注意的是,所提方法将玉米产量预测错误率从28%显著降低至17%。这些结果证明了贝叶斯网络在构建面向层次农学数据的实用决策支持工具、促进因果推断方面的优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
2025年全球二十起重大无人机作战事件
专知会员服务
2+阅读 · 今天10:39
现代战争的隐蔽系统:伊朗战争十大启示
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:58
ICML 2026 | 自回归Boltzmann生成器重塑分子采样
专知会员服务
4+阅读 · 6月26日
GNN跨域综述:从消息传递到图基础模型
专知会员服务
7+阅读 · 6月26日
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
14+阅读 · 6月26日
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
4+阅读 · 6月26日
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
3+阅读 · 6月26日
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员