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MaxEnt模型参数优化

  • 1. MaxEnt模型优化:增加RM,降低模型过拟合风险,简易模型,平滑响应曲线,增强模型可解释性和转移性(生物入侵)
  • 2. 默认参数:FC=LQHP,RM=1
    • 2.1. 基于优化的 MaxEnt 模型预测气候变化下松褐天牛在我国的潜在适生区——林业科学
    • 2.2. 气候变化对木姜子属五种植物分布的影响——生态学报
  • 3. 默认参数:FC=LQHPT,RM=1
    • 3.1. 基于 MaxEnt 模型预测近现代和未来草地早熟禾的适宜分布区——草地学报
    • 3.2. 基于 MaxEnt模型的黄花刺茄在北方农牧交错带潜在适生区分析——草地学报
    • 3.3. Maxent模型复杂度对物种潜在分布区预测的影响——生物多样性
    • 3.4. Analysis of the distribution pattern of Chinese Ziziphus jujuba underclimate change based on optimized biomod2 and MaxEnt models——Ecological Indicators
  • 4. 总而言之

1. MaxEnt模型优化:增加RM,降低模型过拟合风险,简易模型,平滑响应曲线,增强模型可解释性和转移性(生物入侵)

  在物种分布模型(SDM)构建过程中,特别是使用最大熵模型(MaxEnt)时,正则化乘数(Regularization Multiplier, RM) 和 特征组合(Feature Classes, FC) 是两个对模型预测性能至关重要的可调参数。RM 通过控制模型复杂度的惩罚强度来影响拟合过程:较高的 RM 值会施加更强的正则化惩罚,倾向于生成更简单、泛化能力更强的模型,从而有助于降低过拟合风险。 FC 则决定了模型可以使用的环境变量特征转换类型(如线性 L、二次项 Q、铰链 H、乘积 P、阈值 T 等),选择恰当的 FC 集合能更有效地捕捉物种与环境变量间的复杂关系,显著影响模型的表现力和预测精度。

  由于环境变量之间常存在一定程度的多重共线性,这可能导致模型参数估计不稳定并增加过拟合风险。因此,在建模前进行环境变量筛选是必要的步骤,旨在减少冗余信息、简化模型结构并提升模型的稳健性。

  那么,如何科学地确定最优的 RM 和 FC 组合参数呢?这是模型调优的关键问题。参考相关文献,参数组合的评估通常基于 MaxEnt 模型在特定组合下运行后产生的多个验证指标,主要包括:

  • AUC (Area Under the ROC Curve):衡量模型整体区分存在点与背景点的能力。

  • AUC.diff (AUCtrain - AUCtest):反映模型在训练集和测试集上表现的差异,是过拟合程度的重要指示器(差值越大,过拟合风险越高)。

  • OR10 (Omission Rate at 10% training presence):评估模型对训练样本分布点的拟合优度。(训练区遗漏率)

  • delta.AICc (Difference in corrected Akaike Information Criterion):该指标被广泛认为是综合评估模型拟合优度与复杂度的核心标准。 delta.AICc > 2 通常表明相对于默认参数设置的模型,当前评估的模型具有显著更优的拟合效果与复杂度平衡,暗示默认参数可能并非最优选择,需考虑其他参数组合。

  关于 MaxEnt 模型的默认参数设置,文献中存在细微差异。主流观点普遍接受默认参数组合为 FC = LQHPT 和 RM = 1。 然而,也有部分研究指出或使用 FC = LQHP 和 RM = 1 作为默认设置 (个人认为后者比较靠谱)。鉴于这种不一致性,建议在实际研究或软件应用中,明确参考所使用 MaxEnt 软件版本(如 MaxEnt 软件本身或 dismo 等 R 包)的官方文档说明,或明确引用支持所采用默认参数组合的权威文献,以确保参数设置的准确性和可重复性。

  以下给出相关论文的认为的模型默认参数和相关结果:


2. 默认参数:FC=LQHP,RM=1

2.1. 基于优化的 MaxEnt 模型预测气候变化下松褐天牛在我国的潜在适生区——林业科学

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2.2. 气候变化对木姜子属五种植物分布的影响——生态学报

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3. 默认参数:FC=LQHPT,RM=1

3.1. 基于 MaxEnt 模型预测近现代和未来草地早熟禾的适宜分布区——草地学报

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3.2. 基于 MaxEnt模型的黄花刺茄在北方农牧交错带潜在适生区分析——草地学报

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3.3. Maxent模型复杂度对物种潜在分布区预测的影响——生物多样性

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3.4. Analysis of the distribution pattern of Chinese Ziziphus jujuba underclimate change based on optimized biomod2 and MaxEnt models——Ecological Indicators

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4. 总而言之

MaxEnt默认参数以预测“现实分布”为目标,易产生过度拟合,导致模型在“潜在分布”转移场景下预测不可靠;通过优化可降低复杂度、抑制过拟合、提升转移能力。

具体展开为 4 点:

  1. 目标差异
    默认参数源于早期对 266 个物种的测试,以刻画“现实分布”为目的;而在入侵生物学等研究中,需要将模型转移到新区域预测“潜在分布”,二者目标不一致。

  2. 过拟合风险
    MaxEnt 采用复杂机器学习算法,默认参数在训练区表现虽好,但对采样偏差敏感,易过拟合,使模型在新区域预测能力骤降。

  3. 转移能力不足
    过拟合导致模型仅在低阈值时表现尚可,一旦外推至入侵地或其他时空场景,遗漏率升高、预测失真

  4. 优化收益
    通过 ENMeval 调参(增加 RM、简化特征组合),选取 AICc 最低的简洁模型,能够:

    • 平滑响应曲线,更贴合生理生态意义;
    • 降低 AUC.diff、OR10 等指标,减少过拟合;
    • 显著提升模型在新区域的转移与预测精度。

因此,“降低复杂度、提高转移可靠性” 是进行 MaxEnt 参数优化的根本动因。

http://www.dtcms.com/a/439721.html

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