Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering·10月6日 · 周二论文农业人工智能与决策模型阅读 1

Exploratory Explainable Machine Learning for Crop-Yield Interpretation: A Comparative Analysis of XGBoost, LightGBM, and CatBoost

Berker Baydan

Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and EngineeringDOI 10.35414/akufemubid.1993166开放获取 PDF ↗
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比较XGBoost、LightGBM和CatBoost在作物产量可解释建模中的表现,强调评估协议与数

方法

XGBoost、LightGBM、CatBoost结合SHAP、特征工程、嵌套交

发现

CatBoost在嵌套选择中表现最佳,但跨数据集迁移R²为负,模型仅适合探索性解释而非部署预测。

机会点

需建立单位统一、可迁移的作物产量数据集,并开发跨区域泛化的可解释模型评估协议。

影响力8
信息增量18
专业深度16
信源权威10
时效性9

方法学扎实的可解释机器学习作物产量对比研究,但外部迁移R²为负、结论偏探索性,适合作为技术参考而非重大突破。

原文摘要

可解释的作物产量建模对农业规划和透明决策支持具有重要意义;然而,机器学习解释的预测价值和泛化能力在很大程度上取决于评估方案和数据集质量。本研究评估了一种探索性XAI工作流,该工作流结合了XGBoost、LightGBM、CatBoost、SHAP、工程化特征、泄漏感知特征选择、重复交叉验证、嵌套交叉验证以及跨数据集迁移实验。在使用常见的完整原始加工程化表示的三个模型中,CatBoost取得了最强的数值留出性能,而XGBoost被保留作为TreeSHAP参考模型。嵌套模型选择在全部五个外层折中均选择了CatBoost(平均RMSE为1.0060;平均R²为0.0846)。嵌套SHAP选择略弱(平均RMSE为1.0199;平均R²为0.0586),支持紧凑解释而非普遍更优的子集。跨数据集实验使用了7,509条映射后的玉米和水稻观测数据,仅包含作物、温度和降雨量。所有外部R²值均为负;由于内部产量单位未记录,而外部目标以hg/ha报告,这些结果表明迁移较弱且未进行单位协调,而非确定性的外部验证。总体而言,该工作流适用于透明的探索性解释,尚不适合直接部署用于产量预测。

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