基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的皖南焦甜香煙葉外觀特征分析

王浩軍，郭東鋒，杜叢中，邊文杰，舒俊生，姚忠達(dá)

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，合肥 230088）

基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的皖南焦甜香煙葉外觀特征分析

王浩軍，郭東鋒*，杜叢中，邊文杰，舒俊生，姚忠達(dá)

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，合肥 230088）

為了探索皖南焦甜香煙葉外觀質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，以皖南焦甜香煙葉為主體，運(yùn)用 apriori 關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘算法，對(duì)焦甜香煙葉的外觀進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，焦甜香煙葉與煙葉的成熟度、油分和色度有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，在設(shè)定閾值最小支持度為 0.3，最小置信度為 0.5 的條件下，成熟度、油分、色度與焦甜香煙葉屬于強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，同時(shí)顏色、身份和組織結(jié)構(gòu)與焦甜香煙葉也有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或者工業(yè)控制中可以考慮建立以成熟度、油分和色度為中心的生產(chǎn)管理體系。

關(guān)聯(lián)規(guī)則；焦甜香煙葉；外觀特征

關(guān)聯(lián)規(guī)則（association rules）來源于 POS 中，在很多領(lǐng)域例如商場的顧客購物分析、金融[1]、商品廣告郵寄分析、網(wǎng)絡(luò)故障分析、稅收征管[2]等多有應(yīng)用[3-5]。Apriori 算法是 Agrawal等于 1994 年提出的一個(gè)挖掘顧客交易數(shù)據(jù)庫中項(xiàng)集間的關(guān)聯(lián)規(guī)則的重要方法，是迄今最有影響挖掘布爾關(guān)聯(lián)規(guī)則頻繁項(xiàng)集的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法[6-11]。煙葉的外觀質(zhì)量與煙葉的風(fēng)格有一定的聯(lián)系，前人已經(jīng)多有研究[12-25]，關(guān)聯(lián)規(guī)則研究在煙草中有所應(yīng)用[27-28]，但是基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的煙葉外觀與風(fēng)格特征的研究相對(duì)較少，本研究以焦甜香煙葉特色風(fēng)格與外觀質(zhì)量的關(guān)系為研究對(duì)象，以期找出影響焦甜香煙葉風(fēng)格彰顯的關(guān)鍵外觀指標(biāo)，從而為煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或者工業(yè)企業(yè)原料體系管控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以 2012 年度皖南 X2F、C3F、B2F 標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，共計(jì) 155 份樣本為研究對(duì)象，另增加 18 份尚熟上部葉煙葉，14 份過熟下部葉。樣本共計(jì) 187 份。

1.2 方法

1.2.1 煙葉外觀評(píng)價(jià) 依據(jù)國標(biāo)烤煙 GB2635—1992 執(zhí)行外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。

1.2.2 焦甜香煙葉評(píng)定 由 5 名專業(yè)感官評(píng)吸人員按照焦甜香香韻的有無對(duì)焦甜香煙葉進(jìn)行判定。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)方法 （1）方法：為了生成所有頻集，使用了遞推的方法。其核心思想簡要描述如下：Apriori算法主要分成兩步：首先找出數(shù)據(jù)中所有的頻繁項(xiàng)集，這些項(xiàng)集出現(xiàn)的頻繁性要大于或等于最小支持度。然后由頻繁項(xiàng)集產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，這些規(guī)則必須滿足最小支持度和最小置信度。算法的總體性能由第一步?jīng)Q定，第二步相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。

Lk：k 維頻繁項(xiàng)目集的集合，該集合中的每個(gè)元素包含兩部分：項(xiàng)目集本身、項(xiàng)目集的支持度。

Ck：k維候選項(xiàng)目集集合，是 k維頻繁項(xiàng)目集集合的超集，也就是潛在的頻繁項(xiàng)目集集合，該集合中的每個(gè)元素也包含兩部分：項(xiàng)目集本身、項(xiàng)目集的支持度。任何項(xiàng)目集的元素都按某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（例如字典順序）進(jìn)行排序。包括 k個(gè)項(xiàng)目：（k 個(gè)項(xiàng)目為：c[1]，c[2]，…，c[k]）的項(xiàng)目集 c 用如下形式來表示：c[1]，c[2]，…，c[k]，由于 c 已經(jīng)排序，則有：c[1]＜c[2]＜…＜c[k]。

給定一組事務(wù)集合，其中每個(gè)事務(wù)是一個(gè)項(xiàng)目集；一個(gè)關(guān)聯(lián)規(guī)則是形如 X-＞Y 的蘊(yùn)涵式，X 和 Y表示項(xiàng)目集，且 X∩Y = Φ，X 和 Y 分別稱為關(guān)聯(lián)規(guī)則 X-＞Y 的前提和結(jié)論。規(guī)則 X-＞Y 的支持度（Support）是事務(wù)集中包含 X 和 Y 的事務(wù)數(shù)與所有事務(wù)數(shù)之比，記為 support（X-＞Y）；規(guī)則 X-＞Y的置信度（Confidence）是指包含 X 和 Y 的事務(wù)數(shù)與包含 X 的事務(wù)數(shù)之比，記為 confidence（X-＞Y）。支持度用于衡量所發(fā)現(xiàn)規(guī)則的統(tǒng)計(jì)重要性,而置信度用于衡量關(guān)聯(lián)規(guī)則的可信程度。

（2）工具：外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)處理在 excel 2007中實(shí)現(xiàn)，關(guān)聯(lián)規(guī)則在 weka 3.7 及 R3.0 中實(shí)現(xiàn)，在R3.0 中實(shí)現(xiàn)作圖。

2 結(jié) 果

通過對(duì)焦甜香煙葉外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)，焦甜香煙葉樣本共計(jì) 155 份，其中有焦甜香樣本 126 份，無焦甜香樣本 29份。由表1看出，焦甜香煙葉的外觀顏色多數(shù)集中在金黃（78 份）、金黃-深黃（46份）、正黃-金黃（21 份）、其他顏色相對(duì)較少（10份）；成熟度成熟（155 份）、尚熟（18 份）、過熟（14 份）；身份集中在中等（63 份）、稍厚（59 份）、稍薄（21 份）；組織結(jié)構(gòu)集中在尚疏松（43 份）、疏松（85 份）；油分集中在有（131 份）；色度集中在中（37 份）、中-強(qiáng)（39 份）、強(qiáng)（74 份）。

運(yùn)用 apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法對(duì)焦甜香煙葉樣本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)置最小支持度為 0.3，最小置信度為 0.5，設(shè)置輸出關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)目為 50 條。結(jié)果見表2，以焦甜香為核心共有 14 條強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，焦甜香煙葉與煙葉成熟度的支持度為 0.8129，支持度和提升度均為 1.00，即在 81.29%的樣本中，有焦甜香的煙葉其成熟度均為成熟；有油分的焦甜香煙葉與成熟度支持度為 0.7161，支持度和提升度均為 1.00，即有油分的焦甜香煙葉 71.61%成熟度均成熟；色度強(qiáng)的焦甜香煙葉 41.29%成熟度均為成熟；有油分的焦甜香煙葉 41.29%成熟度均為成熟；顏色金黃的焦甜香煙葉 41.29%成熟度均為成熟；組織結(jié)構(gòu)疏松的焦甜香煙葉 40.65%成熟度均為成熟；身份稍厚的焦甜香煙葉 38.06%成熟度均為成熟；身份稍厚的焦甜香煙葉 38.06%都有油分。由以上規(guī)則可知，若以支持度排序，焦甜香煙葉與成熟度、油分、色度、顏色、組織結(jié)構(gòu)和身份都有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度。由圖1可以看出，焦甜香煙葉最終的外觀指標(biāo)是成熟度為中心，周圍臨近連接油分和色度，說明煙葉要有油分、色度強(qiáng)，同時(shí)主顏色以金黃為主，組織結(jié)構(gòu)疏松，身份中等，煙葉的焦甜香風(fēng)格將會(huì)更加突出。

表1 焦甜香煙葉外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)集分布Table 1 Appearance quality item distribution of coke-sweet tobacco leaves

表2 Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則分析結(jié)果項(xiàng)集列表Table 2 Items list of analysis results based on apriori association rules algorithm

圖1 焦甜香煙葉外觀質(zhì)量關(guān)聯(lián)規(guī)則圖示Fig. 1 Relationships between appearance quality and coke-sweet

3 討 論

Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則是以個(gè)案、各項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)的頻次為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行頻度分析，進(jìn)而計(jì)算各項(xiàng)關(guān)聯(lián)指標(biāo)的相對(duì)出現(xiàn)頻次，統(tǒng)計(jì)其關(guān)聯(lián)程度的強(qiáng)弱。根據(jù)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，焦甜香煙葉的成熟度、油分和色度與焦甜香有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，可以理解為焦甜香煙葉首先要求成熟度，不成熟的煙葉焦甜香風(fēng)格更難彰顯[12,18,22,29-30]，在實(shí)際評(píng)吸過程中，尚熟煙葉焦甜香香韻感受不明顯，基本被青雜氣或其他雜氣所掩蓋，過熟煙葉則表現(xiàn)煙氣空洞，焦甜香表現(xiàn)弱甚至無，此與以往研究一致[17,19-20,25]；其次有油分的煙葉生長發(fā)育更為充分[15]，香味物質(zhì)更加充足[16]，煙葉表面物質(zhì)也更為豐富[31]，因此其與焦甜香的關(guān)聯(lián)程度僅次于成熟度；色度強(qiáng)的煙葉說明煙葉內(nèi)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化相對(duì)充分，色素類物質(zhì)得到合理充分降解[20,27-28]，可以形成更多的潛香物質(zhì)，對(duì)于煙葉風(fēng)格的彰顯有積極的促進(jìn)作用。由關(guān)聯(lián)規(guī)則結(jié)果可知，其他外觀指標(biāo)之間也存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，但是不及以上幾個(gè)指標(biāo)強(qiáng)度高。

Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則分析得出，焦甜香煙葉的成熟度、油分和色度與焦甜香有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，同時(shí)顏色、身份、組織結(jié)構(gòu)對(duì)焦甜香也有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，但是不及前三項(xiàng)指標(biāo)作用大。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或者工業(yè)調(diào)撥分選過程中，可以考慮以采取成熟度、顏色、油分等外觀指標(biāo)為中心調(diào)控?zé)熑~生長或者煙葉分選措施增加煙葉油分，優(yōu)化烘烤工藝，烤黃烤香煙葉，提升煙葉質(zhì)量彰顯焦甜香特色風(fēng)格。

本研究以皖南煙葉為對(duì)象進(jìn)行分析，等級(jí)覆蓋、樣本數(shù)量如果擴(kuò)大，或?qū)ρ芯坑羞M(jìn)一步的支持。因此，對(duì)于煙葉外觀與感官風(fēng)格的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。

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Appearance Quality Analysis of Burnt-sweet Tobacco Leaves Base on Association Rule Algorithm

WANG Haojun, GUO Dongfeng*, DU Congzhong, BIAN Wenjie, SHU Junsheng, YAO Zhongda
(Technological Center of Anhui Cigarette Industrial Company Co., Ltd., Hefei 230088, China)

In order to explore the key index of burnt-sweet tobacco appearance quality, apriori association rules algorithm was used to analyze the appearance quality of tobacco leaves from Wannan of Anhui province. The results indicated that burnt-sweet tobacco leaves existed strong association degree with maturity, oil, and chroma in a condition of minimum support degree of 0.3 and minimum confidence of 0.5. Meanwhile, the index of color, structure and thickness played important roles for burnt-sweet tobacco leaf, but less than those of the other three indices. Therefore, it is suggested that management system should be established by controlling maturity, oil and chroma during agricultural production and industrial management.

association rule; burnt-sweet tobacco leaf; appearance quality

S572.09

1007-5119（2014）05-0093-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.018

安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目“皖南煙葉生產(chǎn)等級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究”（2014125）

王浩軍，碩士，農(nóng)藝師，主要從事煙葉原料倉儲(chǔ)及質(zhì)量研究工作。E-mail：ycswhj0721@126.com。*通信作者，E-mail：gdf0221@163.com

2013-10-17

2014-05-10