Crop yield prediction integrating genotype and weather variables using deep learning

可解释性 Lasso(编程语言) 机器学习 支持向量机 人工智能 回归 计算机科学 预测建模 人工神经网络 深度学习 核(代数) 特征选择 统计 数学 组合数学 万维网
作者
Johnathon M. Shook,Tryambak Gangopadhyay,Linjiang Wu,Baskar Ganapathysubramanian,Soumik Sarkar,Asheesh K. Singh
出处
期刊:PLOS ONE [Public Library of Science]
卷期号:16 (6): e0252402-e0252402 被引量:46
标识
DOI:10.1371/journal.pone.0252402
摘要

Accurate prediction of crop yield supported by scientific and domain-relevant insights, is useful to improve agricultural breeding, provide monitoring across diverse climatic conditions and thereby protect against climatic challenges to crop production. We used performance records from Uniform Soybean Tests (UST) in North America to build a Long Short Term Memory (LSTM)-Recurrent Neural Network based model that leveraged pedigree relatedness measures along with weekly weather parameters to dissect and predict genotype response in multiple-environments. Our proposed models outperformed other competing machine learning models such as Support Vector Regression with Radial Basis Function kernel (SVR-RBF), least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) regression and the data-driven USDA model for yield prediction. Additionally, for providing interpretability of the important time-windows in the growing season, we developed a temporal attention mechanism for LSTM models. The outputs of such interpretable models could provide valuable insights to plant breeders.
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