كيفية استخدام خوارزمية الغابة العشوائية لتسمين مجموعة من الأسماك في أعماق البحار
لا بد أن الأصدقاء الذين يحبون الساشيمي قد سمعوا عن سمكة ذيل الأصفر.في المطاعم، غالبًا ما يُشار إلى سمك العنبر ذو الذيل الأصفر باسم سمك الكرواكر ذو الذيل الأصفر أو سمك العنبر ذو الذيل الأصفر.
تتمتع هذه السمكة الكبيرة التي تعيش في أعماق البحار بلحم كثيف، وهي غنية بالأوميجا 3، ولا تحتوي على رائحة سمكية، ولها طعم ممتاز، وتعتبر من أفضل أطباق الساشيمي. ظل سعر سمك العنبر الأصفر البري مرتفعًا بسبب عوامل مثل موسم الصيد القصير وصعوبة الصيد.
كيفية تسمين الحياة البحرية والحفاظ على صحتها
ينمو سمك العنبر ذو الذيل الأصفر بسرعة، ولكن أعداده في البرية صغيرة، لذا فإن صيده تجاريًا أمر صعب. مع تطور تكنولوجيا تربية الأحياء البحرية، أصبح من الممكن أيضًا تربية سمك الملك ذو الذيل الأصفر لتلبية الطلب المتزايد من المستهلكين.
بالنسبة لتربية الأحياء المائية البحرية،كيفية فهم عادات المعيشة وخصائص التكاثر لسمك العنبر الأصفر الذيل بشكل كامل وحماية سمك العنبر الأصفر الذيل الناضج بطريقة مستهدفة، ليصبح بذلك مفتاحًا لتحسين كفاءة إنتاج التربية والربحية.
إنهم أذكياء للغاية، وصيدهم في البحر وصيدهم أمر صعب للغاية.
سمك الملك ذو الذيل الأصفر هو سمكة تهاجر بشكل دوري مع تغير الفصول ودرجات الحرارة. يتم توزيعه بشكل رئيسي في مياه الشعاب المرجانية الصخرية البحرية بعيدًا عن سواحل بلدي واليابان وشبه الجزيرة الكورية وأستراليا.
خلال العقد الماضي، وبفضل تطوير معدات المراقبة، حقق مجال التتبع البيولوجي تقدماً كبيراً، وتم تحقيق العديد من الاختراقات في مجال مراقبة الأنواع عن بعد.أصبحت عمليات الرصد وجمع البيانات حول سلوك الكائنات البحرية تستخدم بشكل متزايد أجهزة قياس التسارع ثلاثية المحاور على نطاق واسع.
مراقبة حركة سمك القرش ذو الأطراف السوداء
يقوم مقياس التسارع ثلاثي المحاور بقياس تسارع ثلاثة محاور.يمكنه إنشاء سلاسل زمنية تصف الحركات والأنشطة البيولوجية، ومن ثم استنتاج سلوك الحيوان بناءً على خصائص التسارع في البيئة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن دمج بيانات المسرع مع البيانات المكانية الزمنية (العمق، والموقع الجغرافي، والموسم، وما إلى ذلك) للتحليل.لتحديد السلوكيات المهمة بيئيًا مثل التكاثر والتغذية.
إن كمية البيانات التي يتم جمعها بواسطة مقياس التسارع ثلاثي المحاور هائلة، حيث تصل إلى ملايين الصفوف (بما في ذلك التسارع، وموضع الجسم، وما إلى ذلك)، لذا هناك حاجة إلى نظام تحليل شبه تلقائي لتصنيف السلوك البيولوجي.
كما أن سلوك حركة سمك الملك ذو الذيل الأصفر معقد للغاية، إذ يبلغ متوسط سرعته ما بين 30 إلى 40 كيلومترًا في الساعة. ويمكنه حتى التسارع إلى أكثر من 100 كيلومتر في الساعة في لحظة واحدة عند مطاردة الفريسة. هذا النوع من "الانفجار" المفاجئ في سلوك جاو تشنفو،وقد أدى ذلك إلى إعاقة تطوير تكنولوجيا التحليل الآلي.
يُعد التعلم الآلي مفيدًا للبيانات البيولوجية المعقدة
نواجه كمية كبيرة من البيانات المكانية الزمنية متعددة الأبعاد والمعقدة بما في ذلك سرعة الحركة والوقت والعمق والموقع الجغرافي وما إلى ذلك.أصبح التعلم الآلي هو الخيار الأول للباحثين العلميين.
توماس كلارك، طالب دكتوراه في كلية العلوم والهندسة بجامعة فلندرز،بناءً على 624 ساعة من بيانات المسرع من ستة أسماك ملكية صفراء تم تربيتها في المزارع أثناء فترة التبويض، تم تدريب خوارزمية التعلم الآلي للغابات العشوائية لتحديد خمسة سلوكيات مختلفة لأسماك الملكية الصفراء (السباحة، والتغذية، والإصابة، والهروب، والمغازلة).
توماس كلارك (يمين)
هذه هي الدراسة الأولى التي تستخدم التعلم الآلي لتحديد سلوك التبويض في سمك الملك ذو الذيل الأصفر البري.وهذا أمر ذو أهمية كبيرة لاستخدام الذكاء الاصطناعي لفهم أنماط التكاثر لدى أسماك أعماق البحار بشكل أفضل.
في هذه الدراسة، قام توماس كلارك وزملاؤه بتوصيف وقياس سلوك أسماك الملك الذيل الأصفر التي يتم تربيتها في المزارع، وذلك بالبناء على البيانات من Benchmark Truth Accelerator.تم تطوير خوارزمية التعلم الآلي الخاضعة للإشراف (نموذج RF).
تم بعد ذلك استخدام النموذج لتحليل بيانات سمك الملك ذو الذيل الأصفر البري للتنبؤ بسلوك التبويض الطبيعي.
سمك الكراكر البري ذو الرأسين الذي يتم تربيته في المزارع، طريقة اختبار مفصلة
1. تجربة تربية سمك الملك ذو الذيل الأصفر
تم تخزين أسماك الملك ذيل الأصفر الناضجة جنسياً (أسماك الملك ذيل الأصفر البرية التي يتم اصطيادها في جنوب أستراليا) في حاويات كبيرة وتم مراقبة سلوكها أثناء التكاثر بشكل مستمر.
من أغسطس 2018 إلى فبراير 2019، تم تنفيذ مهمتين للتتبع.تم تعقب أنثى واحدة واثنين من الذكور في كل مرة. تم تسجيل البيانات السلوكية لستة أسماك العنبر الصفراء التي يتم تربيتها في المزارع باستخدام مسجل بيانات تسارع ثلاثي المحاور.
تم إخراج أسماك الملك ذات الذيل الأصفر الموجودة في الحاوية ووضعها في الجهاز المحتوي على AQUI-S (10 جزء في المليون) ووضع علامة عليها.يتم تثبيت المسجل على الجزء الخلفي من سمكة الملك ذات الذيل الأصفر. من أجل التمييز بين الأفراد المختلفين، يتم التمييز بين أزرار التسارع والوضع الليلي وما إلى ذلك.بعد ثلاث ساعات من الانتهاء من عملية وضع العلامات، تم تسجيل البيانات السلوكية لأسماك العنبر ذات الذيل الأصفر.
2. اختبار سمكة الملك ذات الذيل الأصفر البرية
بين أكتوبر 2015 ونوفمبر 2019،قام الباحثون بصيد ووضع علامات على ثمانية أسماك العنبر الصفراء البرية ذات الحجم المماثل لأسماك العنبر الصفراء التي يتم تربيتها في المزارع، واستخدموا مقياس التسارع لتسجيل البيانات لمدة 2-3 أيام.
يتمتع سمك العنبر الأصفر البري بنفس مواصفات سمك العنبر الأصفر الذي يتم تربيته في المزرعة، مع مسرع ثابت. الفرق هو أن مسرع سمك العنبر الأصفر البري عبارة عن حزمة تثبيت قابلة للفصل والاسترداد.ويحتوي على مقياس تسارع، وجهاز إرسال لاسلكي، وعلامة تحديد المواقع الذكية ونقل درجة الحرارة والتي ستسقط من تلقاء نفسها بعد 2-3 أيام.
3. تحليل البيانات
يمكن تنزيل بيانات المسرع عبر IGOR Pro وتصورها وتحليلها باستخدام برنامج Ethographer.
أولاً، يتم حذف البيانات غير الصالحة بسبب عدم كفاية الإضاءة أو عدم قيام الكاميرا بالتقاط الهدف.
احسب التسارع الساكن والتسارع الديناميكي على محاور التسارع الثلاثة،قم بتصفية الإشارات المهيمنة الناتجة عن صفعة الذيل ووضعية الجسم، وعزل السلوكيات ذات التسارعات عالية السعة.
من خلال مراقبة بيانات تسارع السلسلة الزمنية، يمكن تحديد السلوك الانفجاري المحتمل لسمك الملك ذو الذيل الأصفر.من الممكن ملاحظة خمس فئات سلوكية لسمك الملك ذو الذيل الأصفر من مقاطع الفيديو: الأكل، والسباحة، والهروب، والمغازلة، أو الإصابة.
4. تطوير خوارزمية تصنيف التعلم الآلي
يتم إجراء التوقعات بناءً على تصنيف الغابات العشوائي.تم تشكيل مجموعة بيانات واحدة بقيم جميع المتغيرات التنبؤية ثم تم تقسيمها عشوائيًا إلى قسمين: تم استخدام 70% لتدريب النموذج وتم استخدام 30% كمجموعة تحقق لتقييم أداء النموذج.
تبدأ قيمة ntree من 500 وتزداد تدريجيًا إلى 2000. بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار عدد المتغيرات التي تم أخذ عينات منها عشوائيًا لكل متر مكعب لتقييم التأثير على معدل خطأ النموذج.
في عملية بناء النموذج، استخدم المؤلفون 64 متغيرًا تنبؤيًا لضمان دقة النموذج بشكل أكبر.
5. تقييم أداء النموذج
مقاييس الأداء لنماذج التصنيف، محسوبة من مصفوفة ارتباك RF.تحدد مصفوفة الارتباك الإيجابية الحقيقية (TP)، والإيجابية الكاذبة (FP)، والسلبية الكاذبة (FN).يتم أيضًا توفير جدول مقارنة للقيم الفعلية المرصودة لجميع الفئات السلوكية لسمك الملك الأصفر والقيم المتوقعة للنموذج.
6. التنبؤ بسلوك سمك الملك ذو الذيل الأصفر البري
استخدم خوارزمية RF للتنبؤ ببيانات سلوك 8 من أسماك الملك ذات الذيل الأصفر البرية.وتبين أن الدقة الإجمالية للنموذج وصلت إلى 94%.
والسلوك الإنجابي (ن=1، السهم البرتقالي)
كانت السباحة والتغذية أعلى درجات دقة التعرف، متجاوزة 84%، تليها الخطوبة والهروب والإصابة بدرجات دقة تصنيف أقل.
تمثل المربعات الرمادية عدد التصنيفات الصحيحة في مجموعة الاختبار.
إن فهم المحيط هو طريق طويل لنقطعه
يعتبر المحيط بمثابة كنز الموارد الذي تمتلكه الأرض.
بالإضافة إلى قيمتها الاقتصادية، تعتبر الحياة البحرية أيضًا مفتاحًا للتوازن البيئي للمحيط. إن دراسة المحيط يمكن أن تساعدنا على فهم الحياة البحرية والطاقة والموارد الأخرى بشكل أفضل، كما أنها موضوع مهم للتنمية العقلانية وحماية الموارد البحرية.
