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 年提出的一個挖掘顧客交易數(shù)據(jù)庫中項集間的關(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，共計 155 份樣本為研究對象，另增加 18 份尚熟上部葉煙葉，14 份過熟下部葉。樣本共計 187 份。

1.2 方法

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

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

1.2.3 統(tǒng)計方法 （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)中所有的頻繁項集，這些項集出現(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，第二步相對容易實現(xiàn)。

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

Ck：k維候選項目集集合，是 k維頻繁項目集集合的超集，也就是潛在的頻繁項目集集合，該集合中的每個元素也包含兩部分：項目集本身、項目集的支持度。任何項目集的元素都按某個標(biāo)準(zhǔn)（例如字典順序）進(jìn)行排序。包括 k個項目：（k 個項目為：c[1]，c[2]，…，c[k]）的項目集 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，其中每個事務(wù)是一個項目集；一個關(guān)聯(lián)規(guī)則是形如 X-＞Y 的蘊(yùn)涵式，X 和 Y表示項目集，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中實現(xiàn)，關(guān)聯(lián)規(guī)則在 weka 3.7 及 R3.0 中實現(xiàn)，在R3.0 中實現(xiàn)作圖。

2 結(jié) 果

通過對焦甜香煙葉外觀質(zhì)量評價的統(tǒng)計，焦甜香煙葉樣本共計 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?。?1 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)則算法對焦甜香煙葉樣本進(jìn)行了統(tǒng)計分析，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)格將會更加突出。

表1 焦甜香煙葉外觀質(zhì)量評價指標(biāo)項集分布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)則是以個案、各項指標(biāo)出現(xiàn)的頻次為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行頻度分析，進(jìn)而計算各項關(guān)聯(lián)指標(biāo)的相對出現(xiàn)頻次，統(tǒng)計其關(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]，在實際評吸過程中，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，同時顏色、身份、組織結(jié)構(gòu)對焦甜香也有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，但是不及前三項指標(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象進(jìn)行分析，等級覆蓋、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。

[1] 鄭濤. 金屬期貨與現(xiàn)貨市場價格互動關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘研究[J]. 企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2011（1）：166-169.

[2] 劉以堂，張述成. 關(guān)聯(lián)規(guī)則在稅收征管中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（17）：27-28.

[3] 崔學(xué)文. 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法 Apriori 在學(xué)生成績分析中的應(yīng)用[J]. 河北北方學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（1）：44-47.

[4] 金銳，林茜，張冰，等. 基于 Apriori算法的中藥氣-味-效三維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘研究[J]. 中西醫(yī)結(jié)合學(xué)報，2011（7）：794-803.

[5] 張歡，范欣生，陶靜，等. 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則等方法的古今哮喘方中十八反藥對的應(yīng)用分析[J]. 南京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2010（2）：89-92.

[6] 趙洪英，蔡樂才，李先杰. 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的 Apriori 算法綜述[J]. 四川理工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（1）：66-70.

[7] 張紅艷，都娟. 關(guān)聯(lián)規(guī)則中 Apriori 算法的應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（8）：14-15.

[8] 崔貫勛，李梁，王柯柯，等. 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘中 Apriori算法的研究與改進(jìn)[J]. 計算機(jī)應(yīng)用，2010（11）：2952-2955.

[9] 劉柱文，李麗琳. 關(guān)聯(lián)規(guī)則技術(shù)在數(shù)據(jù)挖掘中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008（6）：1593-1597.

[10] 陳則芝，李冬梅. 數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則 Apriori 算法的優(yōu)化[J]. 山西大同大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008（4）：35-37.

[11] 錢雪忠，孔芳. 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘中對 Apriori 算法的研究[J]. 計算機(jī)工程與應(yīng)用，2008（17）：138-140.

[12] 葉為民，羅巖峰，潘義宏，等. 不同采收成熟度對景東烤煙品質(zhì)的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013（5）：735-739.

[13] 李丹. 延邊地區(qū)吉煙 9 號煙葉烤后變黃程度與煙葉品質(zhì)的關(guān)系[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（8）：14-15.

[14] 齊凌峰，陳義強(qiáng)，包可翔. 移栽期對福建清香型煙葉質(zhì)量風(fēng)格特色的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013（6）：84-86.

[15] 劉國，王樹林，沙富云，等. 長期綠肥還田對烤煙產(chǎn)質(zhì)量及土壤改良的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2013（4）：173-177.

[16] 陳曉雷，李軍民，楊明峰，等. 不同有機(jī)肥對煙葉質(zhì)量的影響[J]. 園藝與種苗，2012（6）：38-41.

[17] 閆洪洋，閆洪喜，吉松毅，等. 河南烤煙外觀質(zhì)量與感官質(zhì)量的相關(guān)性[J]. 煙草科技，2012（7）：17-23.

[18] 謝已書，趙會納，戚源明，等. 成熟度對烤后煙葉外觀等級質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)，2012（6）：858-862.

[19] 吉松毅，閆洪洋，張志明，等. 云南大理烤煙外觀質(zhì)量與 感 官 質(zhì) 量 的 相 關(guān) 性 研 究[J]. 安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) ，2012（6）：3539-3543.

[20] 湯若云，趙阿娟，李曉忠. 湖南烤煙外觀和評吸質(zhì)量區(qū)域特征及其相關(guān)關(guān)系[J]. 作物研究，2012（2）：161-164.

[21] 謝已書，趙會納，戚源明，等. 成熟度對烤后煙葉外觀等級質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012（6）：858-862.

[22] 陳雪，陳麗萍，艾復(fù)清. 采收成熟度對特色煙烤后煙葉化學(xué)成分的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（5）：62-64.

[23] 齊永杰，戴勇強(qiáng)，劉久羽. 不同成熟度對初烤煙主要質(zhì)量性狀的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（6）：45-47.

[24] 孫平，程森，竇玉青，等. 四川會東初烤煙葉外觀質(zhì)量與主要化學(xué)成分關(guān)系研究[J]. 中國煙草科學(xué)，2013，34（1）：29-33.

[25] 張小利，湯朝起，王平，等. 河南初烤煙葉外觀性狀與內(nèi)在品質(zhì)的關(guān)系研究[J]. 中國煙草科學(xué)，2011，32（1）：80-83.

[26] 竇玉青，陳剛，劉光亮，等. 初烤煙葉外觀質(zhì)量與其煙氣組分的關(guān)系[J]. 中國煙草科學(xué)，2010，31（3）：54-58.

[27] 王傳義，孫福山，王廷曉，等. 不同成熟度煙葉烘烤過程中生理生化變化研究[J]. 中國煙草科學(xué)，2009，30（3）：49-53.

[28] 陳慶園，陳雪，袁有波. 初烤煙葉外觀質(zhì)量與主要化學(xué)成分關(guān)系的研究[J]. 中國煙草科學(xué)，2008，29（1）：30-32.

[29] 艾復(fù)清，江錫瑜，肖吉中，等. 烤煙外觀成熟特征與品質(zhì)關(guān)系的研究[J]. 中國煙草科學(xué)，1999，20（3）：29-32.

[30] 蔡憲杰，王信民，尹啟生. 成熟度與煙葉質(zhì)量的量化關(guān)系研究[J]. 中國煙草學(xué)報，2005（4）：42-46.

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)任公司科技項目“皖南煙葉生產(chǎn)等級結(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