A Cost‐Effective and Scalable Machine Learning Approach for Quality Assessment of Fresh Maize Kernel Using NIR Spectroscopy

人工神经网络 偏最小二乘回归 校准 人工智能 计算机科学 机器学习 数学 统计
作者
Jiang Shi,Erkui Yue,Xuejin Zhu,Lin Zhao,Weifeng Chen,Xiangqun Yu,Hongliang Huang,Ying Qian,Zhengfang Zhang,Jian Wu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e12750-e12750
标识
DOI:10.1002/advs.202512750
摘要

Abstract In fresh maize breeding, developing robust and accurate near‐infrared (NIR) calibration models traditionally requires significant time, cost, and labor. To address these challenges, a novel machine learning approach is proposed using a Prediction‐Correction Neural Network (PCNN) that enables effective modeling from small sample sets augmented with synthetic data based on NIR spectroscopy. For key quality traits such as amylopectin, protein, crude fiber, and total sugar, the PCNN achieved residual predictive deviation (RPD) values between 2.821 and 4.862, and coefficients of determination () ranging from 0.869 to 0.951, using an average of only 32 calibration samples. For sugars including fructose, glucose, and sucrose, the model yielded RPD >2 and with just 62 samples. The PCNN method has also been successfully applied to NIR model development for small sample sets in intact kernel of fresh maize and other crops, including forage maize, rice, wheat, and barley. Compared to Partial Least Squares (PLS) and traditional Artificial Neural Networks (ANN), PCNN delivered RPD improvements of 38.99%−63.20% over PLS and 7.07%−25.82% over ANN. These results highlight the PCNN's high efficiency and accuracy, offering a scalable and cost‐effective solution for rapid quality evaluation in fresh maize and other cereals.
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