(1.中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，北京 100193；2.石家莊以嶺藥業(yè)股份有限公司，河北 石家莊 050035；3.河北地質(zhì)大學信息工程學院，石家莊 050031；4.天津中醫(yī)藥大學中藥學院，天津 301617；5.天津商業(yè)大學制藥工程系，天津 300134)

中藥材是關系國計民生、保障人民生命健康的戰(zhàn)略資源。中藥材行業(yè)的健康發(fā)展，關鍵在源頭，根本在種子[1]。中藥材種子的優(yōu)劣直接關系到中藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量[2]，近年來隨著國家加強對中藥材等非主要農(nóng)作物種子的管理[3]，肉蓯蓉、丹參等中藥材種子質(zhì)量標準相繼建立[4,5]，中藥材種子產(chǎn)業(yè)走上了快速發(fā)展的軌道。

酸棗種子，也稱酸棗仁，既是具有寧心安神作用的著名中藥材，同時利用酸棗種子培育的苗木可作為大棗嫁接的優(yōu)良砧木，具有廣泛的應用價值[6]。以酸棗種子為代表的中藥材種子市場價格波動直接關系到中藥材種植者的投入、產(chǎn)出和效益， 因此受到廣大中藥材從業(yè)者的極大關注。

中藥材種子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點在流通環(huán)節(jié)，關鍵在市場價格，但是包括中藥材在內(nèi)的種子市場較為混亂，價格差異懸殊，直接限制了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[7,8]。進行中藥材種子價格的分析和預測對于調(diào)整中藥材產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃布局、調(diào)節(jié)資源配置，促進產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展至關重要。目前，由于中藥材種子價格影響因素較多，并且價格波動存在非線性、周期性等特點，前人尚無有效方法進行價格精準預測。本研究引入以人工智能系統(tǒng)為基礎的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并經(jīng)迭代優(yōu)化建立回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型，以酸棗種子為典型代表，進行中藥材種子價格的分析和預測實證研究，以期為中藥材種業(yè)的良性發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡原理及模型構建

回歸神經(jīng)網(wǎng)絡是BP神經(jīng)網(wǎng)絡和迭代回歸相結合組建的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，其通過構建初始BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，利用數(shù)據(jù)集進行神經(jīng)網(wǎng)絡訓練[9]，并將輸出值與真實值之間的差異反饋到神經(jīng)網(wǎng)絡中進行神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)和權重調(diào)整，如此反復，迭代回歸，逐步修正和調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡，達到降低神經(jīng)網(wǎng)絡誤差的作用[10-11](圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

酸棗種子(酸棗仁)市場價格歷年數(shù)據(jù)來自中藥材天地網(wǎng)(以山東機選種子為參考)，每月采集3組基準數(shù)據(jù)，以安國、亳州、荷花池、玉林4個市場每月5日、15日、25日報價為采集基準數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)期間為2013年1月—2019年9月。

回歸神經(jīng)網(wǎng)絡訓練數(shù)據(jù)為2013年1月—2019年9月，仿真數(shù)據(jù)為2013年2月—2019年9月，利用前2年數(shù)據(jù)進行后續(xù)數(shù)據(jù)的仿真預測。

數(shù)據(jù)分析前先進行歸一化處理，使酸棗種子價格在回歸神經(jīng)網(wǎng)絡中的輸入數(shù)據(jù)歸一化在[0-1]范圍內(nèi)。同時，將計算后輸出的數(shù)據(jù)進行反歸一化處理，以便進行數(shù)據(jù)分析，月度預測數(shù)據(jù)為每月5日、15日、25日輸出的預測數(shù)據(jù)的算數(shù)平均數(shù)。

表1 2018年7月—2019年6月酸棗種子實際價格與擬合價格對比 單位：元·kg-1

X原始=X歸一(Xmax-Xmin)+Xmin

圖1 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算過程流程圖

1.3 模型數(shù)據(jù)分析方法

采用MATLAB R 2016軟件進行回歸神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分析，采用Microsoft Excel 2013軟件數(shù)據(jù)分析和繪圖。數(shù)據(jù)擬合及預測效果采用以下公式計算：

其中：y代表酸棗種子實際價格，y’代表酸棗種子預測價格。

2 結果與分析

2.1 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型對酸棗種子價格擬合效果分析

由表1可知，2018年7月—2019年6月通過回歸神經(jīng)網(wǎng)絡擬合的酸棗種子價格與真實值相比，97%以上的數(shù)據(jù)誤差控制在±5%以內(nèi)，安國、亳州、荷花池、玉林4個市場相對偏差分別為1.90%、1.39%、1.14%、1.09%，所有市場的總平均相對偏差為1.38%。

由圖2可知，2013年1月—2019年9月4個市場酸棗種子價格擬合對比圖顯示，回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型能對酸棗種子市場價格變動做出提前預判并做出迅速反應，非線性特征表現(xiàn)明顯，具有良好的預測效果。

2.2 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型對酸棗種子價格預測分析

運用回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行2019年10月—2020年7月酸棗種子價格預測，結果顯示未來9個月酸棗種子價格呈相對平穩(wěn)的總體趨勢，4個市場酸棗種子價格在160～175元·kg-1范圍內(nèi)波動。

3 結論與討論

市場經(jīng)濟運行中，價格起關鍵作用。無論是與國家宏觀經(jīng)濟密切相關的外匯[12]、股指期貨領域[13]，還是與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P的農(nóng)產(chǎn)品領域[14]，價格是人們關注的永恒焦點。在中藥材種植領域，種子是最重要最基本的要素，中藥材種子價格的波動對于中藥材產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整和中藥材市場供應的影響日益突出，受到廣泛關注。

圖2 2013年1月—2019年9月酸棗種子實際價格與回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型擬合價格對比(單位：元·kg-1)

表2 2019年10月—2020年7月酸棗種子價格預測 (單位：元·kg-1)

酸棗是我國獨特的生物資源，不僅含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[15]，能為大健康產(chǎn)業(yè)提供原料，而且對于山區(qū)資源開發(fā)和產(chǎn)業(yè)扶貧至關重要[16]。酸棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開種子[17,18]，通過科學手段進行酸棗種子市場研判可提前制定有效對策，降低系統(tǒng)風險。本研究針對酸棗種子價格波動特點，在具有較強自識別和非線性處理能力的BP神經(jīng)網(wǎng)絡的基礎上進行迭代回歸優(yōu)化組建回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型，通過對酸棗種子價格預測表明：

1) 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型對酸棗種子價格的波動趨勢預測精度高，2018年7月—2019年6月四大市場酸棗種子價格預測總相對偏差僅為1.38%。

2) 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型能對酸棗種子市場價格非線性變動進行提前預判并做出迅速反應。

3) 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型能對酸棗種子市場未來價格作出提前預判，預計2019年10月—2020年7月酸棗種子價格將在160～175元·kg-1范圍內(nèi)小幅度波動。在回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型的指導下，酸棗種子產(chǎn)業(yè)應注意價格周期性風險的防范，及時做好價格波動應對預案。同時針對該模型預測精度高、預判性強等特點，可廣泛應用于中藥材種子價格預測領域。

中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要優(yōu)良的種子質(zhì)量保障，及時的種子市場信息，穩(wěn)定的種子價格預期。中藥材種子的市場價格研判，需要在傳統(tǒng)經(jīng)驗總結的基礎上，結合經(jīng)濟學和數(shù)理模型進行大數(shù)據(jù)分析，以便更好的指導生產(chǎn)，促進產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。