The classification method of physical characteristics of tobacco leaves based on K-means clustering

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20250019

Abstract

Abstract:

To clarify the typical production areas，physical characteristic indicators and data distribution intervals of tobacco leaves with different processing attribute types，and to explore the physical characteristics of tobacco leaves with different processing attribute types，this study selected 31 varieties of tobacco leaves from 72 prefecture-level cities in 18 provinces including Yunnan Province and Henan Province. The physical characteristic indicators such as adhesion force，shear strength，penetration strength，leaf stem binding force，branch binding force，tensile force and elongation were analyzed. The K-means clustering and Gaussian mixture model algorithms were adopted for analysis，and the classification method of processing attributes was established. The results showed that using the normal coefficient evaluation index can improve the clustering effect of the model. The clustering effect of the physical characteristics of tobacco leaves using the K-means model was superior to that of the Gaussian mixture model. When 0.35 was taken as the threshold of the normal coefficient，the physical indicators of tobacco leaf samples can be classified into three categories according to typical production areas. This study provides a certain reference basis for determining the physical properties of tobacco leaves with different processing attribute types.

Key words: tobacco leaf, physical characteristic, clustering model, K-means clustering model, Gaussian mixture model

CLC Number:

S572

XU Qiang, SU Xuemiao, MIAO Chenlin, ZHANG Yifan, YANG Yue, CHEN Chao, HUANG Enhua, WU Hao, ZHANG Yuhai, HU Zongyu. The classification method of physical characteristics of tobacco leaves based on K-means clustering[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2026, 67(3): 608-616.

Figures/Tables 17

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产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量
安康	6	恩施	22	丽江	15	攀枝花	6	韶关	15	信阳	4
安顺	5	抚州	10	凉山	48	平顶山	16	邵阳	6	许昌	10
白城	3	赣州	16	临沧	22	普洱	29	双鸭山	4	宣城	10
百色	6	广元	4	临沂	18	黔东南	15	绥化	4	延安	2
宝鸡	5	贵阳	6	龙岩	15	黔南	7	铁岭	6	宜宾	8
保山	21	哈尔滨	4	陇南	3	黔西南	17	铜仁	6	宜昌	4
毕节	18	河池	4	泸州	6	庆阳	9	潍坊	4	宜春	4
常德	4	贺州	4	洛阳	34	曲靖	30	文山	17	永州	31
郴州	22	衡阳	8	漯河	6	日照	7	芜湖	4	玉溪	32
楚雄	29	红河	15	梅州	12	三门峡	41	咸阳	4	运城	7
大理	31	佳木斯	6	牡丹江	10	三明	30	湘西	3	长沙	6
丹东	7	昆明	27	南平	23	商洛	6	襄阳	5	遵义	34

产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量	产地	样本数量
安康	6	恩施	22	丽江	15	攀枝花	6	韶关	15	信阳	4
安顺	5	抚州	10	凉山	48	平顶山	16	邵阳	6	许昌	10
白城	3	赣州	16	临沧	22	普洱	29	双鸭山	4	宣城	10
百色	6	广元	4	临沂	18	黔东南	15	绥化	4	延安	2
宝鸡	5	贵阳	6	龙岩	15	黔南	7	铁岭	6	宜宾	8
保山	21	哈尔滨	4	陇南	3	黔西南	17	铜仁	6	宜昌	4
毕节	18	河池	4	泸州	6	庆阳	9	潍坊	4	宜春	4
常德	4	贺州	4	洛阳	34	曲靖	30	文山	17	永州	31
郴州	22	衡阳	8	漯河	6	日照	7	芜湖	4	玉溪	32
楚雄	29	红河	15	梅州	12	三门峡	41	咸阳	4	运城	7
大理	31	佳木斯	6	牡丹江	10	三明	30	湘西	3	长沙	6
丹东	7	昆明	27	南平	23	商洛	6	襄阳	5	遵义	34

指标	样本数	缺失值数量	平均值	标准差
黏附力/N	938	6	7.397 1	2.308 4
剪切强度/（kN·m^-1）	938	7	0.246 7	0.048 5
穿透强度/（N·mm^-2）	938	7	0.572 9	0.101 0
拉力/N	938	319	1.737 3	0.388 2
伸长率/%	938	319	15.181 6	3.541 4
叶梗结合力/N	938	6	0.694 6	0.223 4
支脉结合力/N	938	6	1.448 6	0.348 1

指标	样本数	缺失值数量	平均值	标准差
黏附力/N	938	6	7.397 1	2.308 4
剪切强度/（kN·m^-1）	938	7	0.246 7	0.048 5
穿透强度/（N·mm^-2）	938	7	0.572 9	0.101 0
拉力/N	938	319	1.737 3	0.388 2
伸长率/%	938	319	15.181 6	3.541 4
叶梗结合力/N	938	6	0.694 6	0.223 4
支脉结合力/N	938	6	1.448 6	0.348 1

物理特性指标	黏附力	剪切强度	穿透强度	叶梗结合力	支脉结合力	拉力	伸长率
伸长率	0.18	-0.09	0.11	0.16	0.24	0.29	1.00
拉力	-0.10	0.13	0.44	0.03	0.10	1.00	0.29
支脉结合力	0.12	0	0.04	0.84	1.00	0.10	0.24
叶梗结合力	0.09	-0.03	-0.10	1.00	0.84	0.03	0.16
穿透强度	0.02	0.12	1.00	-0.10	0.04	0.44	0.11
剪切强度	-0.05	1.00	0.12	-0.03	0	0.13	-0.09
黏附力	1.00	-0.05	0.02	0.09	0.12	-0.10	0.18