Идентификация представителей рода Pulsatilla (Ranunculaceae) и их гибридов при помощи сверточных нейронных сетей
УДК 582.675.1+57.087.1
Аннотация
Наличие ограниченного количества надежных морфологических признаков и высокий уровень межвидовой гибридизации у представителей рода Pulsatila Mill. затрудняет их идентификацию. В настоящем исследовании авторами предпринята успешная попытка определения гибридов с привлечением различных инструментов искусственного интеллекта. В качестве исходных данных были использованы по 50 изображений пластинки прикорневых листьев видов P. multifida, P. turczaninovii и 8 для гибридных растений. Был применен устоявшийся в компьютерном зрении подход к решению задачи классификации с помощью предобученных сверточных нейронных сетей. Сначала доучивались классификаторы на основе модели ResNet50, F1-score для которых составил 0,99. Затем было показано, что такие инструменты как Google Teachable Machine (ТМ) и Personal Image Classifier (PIC) могут использоваться для быстрого прототипирования подобных решений, практически не требуя знаний технологий искусственного интеллекта и навыков программирования. Все тестовые образцы P. turczaninovii и P. multifida были классифицированы верно.
Скачивания
Литература
Baltacıoğlu C. 2024. Prediction of apple drying level by machine learning and electronic nose. Acta Alimentaria 53(4): 659–672.
Chen J., Yang W., Tan G., Tian C., Wang H., Zhou J., Liao H. 2022. Prediction of the taxonomical classification of the Ranunculaceae family using a machine learning method. New J. Chem. 46(11): 5150–5161.
Cheng L., Zhang M., Zhang P., Song Z., Ma Z., Qu H. 2008. Silver complexation and tandem mass spectrometry for differentiation of triterpenoid saponins from the roots of Pulsatilla chinensis (Bunge) Regel. Rapid Commun. Mass Spectrom 22: 3783–3790. https://doi.org/10.1002/rcm.3801
Choudhary M., Sentil S., Jones J. B., Paret M. L. 2023. Non-coding deep learning models for tomato biotic and abiotic stress classification using microscopic images. Front. Plant Sci. 14: 1–13.
Fedasyuk D., Marusenkova T., Hura Y. 2023. Architecture of mobile application for real-time calculation of fruit and vegetable mass-to-volume ratio. In: 18th International Conference on Computer Science and Information Technologies (CSIT) (Lviv, October 19–21, 2023). Lviv: IEEE. Pp. 1–4.
Forchhammer S., Abu-Ghazaleh A., Metzler G., Garbe C., Eigentler T. 2022. Development of an image analysis-based prognosis score using google’s teachable machine in Melanoma. Cancers 14(9): 2243.
Google Teachable Machine [2025]. URL: https://teachablemachine.withgoogle.com/train/image (Accessed 28 February 2025).
Grey-Wilson C. 2014. Pasque-Flowers. The genus Pulsatilla. Norfolk: “Barnwell Print”. 216 pp.
Hassan S. M., Maji A. K., Jasiński M., Leonowicz Z., Jasińska E. 2021. Identification of plant-leaf diseases using CNN and transfer-learning approach. Electronics 10(12): 1388.
He K., Zhang X., Ren S., Sun J. 2015. Deep residual learning for image recognition. Tech. report.: 770–778. https://doi.org/10.48550/arXiv.1512.03385
Ibrahim N. M., Gabr D. G. I., Rahman A. U., Dash S., Nayyar A. 2022. A deep learning approach to intelligent fruit identification and family classification. Multimed. Tool. Appl. 81(19): 27783–27798.
ImageNet [2025]. Stanford Vision Lab, Stanford University, Princeton University. URL: https://www.image-net.org/ (Accessed 20 June 2025).
Kim S., Seo M., Laptev I., Cho M., Kwak S. 2019. Deep metric learning beyond binary supervision. In: Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (Long Beach, June 15–20, 2019). Long Beach: IEEE. Pp. 2283–2292.
Koklu M., Unlersen M. F., Ozkan I. A., Aslan M. F., Sabanci K. 2022. A CNN-SVM study based on selected deep features for grapevine leaves classification. Measurement. 188: 110425.
Kozan H. İ., Akyürek H. A. 2025. Efficient and rapid classification of various maize seeds using transfer learning and advanced AI techniques. ASEAN J. Sci. Tech. Report. Online 28(1): e255200. https://doi.org/10.55164/ajstr.v28i1.255200
Li Q.-J., Wang X., Wang J.-R., Su N., Zhang L., Ma Y.-P., Chang Z.-Y.., Zhao L., Potter D. 2019. Efficient identification of Pulsatilla (Ranunculaceae) using DNA barcodes and micro-morphological characters. Front. Plant Sci. 10: 1196. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01196
Ling Y., Lin Z., Zha W., Lian T., You S. 2016. Rapid detection and characterisation of triterpene saponins from the root of Pulsatilla chinensis (Bunge) Regel by HPLC-ESIQTOF-MS/MS. Phytochem. 27: 174–183. https://doi.org/10.1002/pca.2613
Malahina E. A. U., Saitakela M., Bulan S. J., Lamabelawa M. I. J., Belutowe Y. S. 2024. Teachable machine: optimization of herbal plant image classification based on epoch value, batch size and learning rate. J. Appl. Data Sci. 5(2): 532–545.
Odabas M. S., Şenyer N., Saka S. O. 2024. Classification of apple diseases and pests using the Google.com Powered Teachable Machine. JAFAG 41(2): 66–71.
Pang B., Nijkamp E., Wu Y. N. 2020. Deep learning with tensorflow: A review. J. Educ. Behav. Stat. 45(2): 227–248.
Personal Image Classifier [2025]. URL: https://classifier.appinventor.mit.edu/oldpic/ (Accessed 28 February 2025).
Пунина Е. О., Михайлова Ю. В., Шнеер В. С., Крапивская Е. Е., Мачс Э. М., Родионов А. В. Внутригеномный полиморфизм внутренних транскрибируемых спейсеров 35S рДНК (ITS) у трёх видов и трёх межвидовых гибридов Pulsatilla (Ranunculaceae) // Turczaninowia, 2024. Т. 27, № 4. С. 67–85. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.27.4.8
Rahman N. A. A., Rahman R. M. P., Abd R. F., Hasan Z., Izaham R. M. A. R. 2022. Scan de microbes using MIT app inventor. Hum. En. Tech. 1(2): 56–63.
ResNet50 [2025]. In: PyTorch Foundation – Linux Foundation. URL: https://pytorch.org/vision/main/models/generated/torchvision.models.resnet50.html) (Accessed 20 June 2025).
Rezaei D., Mohseni F. 2024. MIT App Inventor: A tool for enhancing technological pedagogical content knowledge. IJVLMS 15(1): 107–115.
Selvaraju R. R., Cogswell M., Das A., Vedantam R., Parikh D., Batra D. 2020. Grad-CAM: Visual explanations from deep networks via gradient-based localization. Int. J. Comput. Vis. 128: 336–359. https://doi.org/10.1007/s11263-019-01228-7
Shorten C., Khoshgoftaar T. M. 2019. A survey on image data augmentation for deep learning. J. Big Data 6(1): 1–48. https://doi.org/10.1186/s40537-019-0197-0
Sramko G., Laczkó L., Volkova P. A., Bateman R. M., Mlinarec J. 2019. Evolutionary history of the Pasque-flowers (Pulsatilla, Ranunculaceae): Molecular phylogenetics, systematics and rDNA evolution. Mol. Phylogenet. Evol. 135: 45–61. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2019.02.015
Степанов Н. В. Заметки о некоторых видах Pulsatilla L. (Ranunculaceae) из приенисейских Саян // Сист. зам. Герб. Томск. ун-та, 2014. Т. 109. С. 6–19.
Suh S. Y., An W. G. 2017. Systems pharmacological approach of Pulsatilla radix on treating сrohn's disease. Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2017: 1–21. https://doi.org/10.1155/2017/4198035
Tamura M. A. 1991. New classification of the family Ranunculaceae 2. Acta Phytotax. Geobot. 42(2): 177−187.
Valuyskikh O. E., Teteryuk L. V., Pylina Y. I., Sushentsov O. E., Martynenko N. A., Shadrin D. M. 2020. Phylogenetic relationships and status of taxa of Pulsatilla uralensis and P. patens s. str. (Ranunculaceae) in north-eastern European Russia. PhytoKeys 162: 113–130. https://doi.org/10.3897/phytokeys.162.53361
Wang X., Fan F., Cao Q. 2016. Modified Pulsatilla decoction attenuates oxazolone-induced colitis in mice through suppression of inflammation and epithelial barrier disruption. Mol. Med. Rep. 14: 1173–1179. https://doi.org/10.3892/mmr.2016.5358
Wei T. J., Chang S. W., Abdul-Kareem S., Yap H. J., Yong K. T. 2018. Deep learning for plant species classification using leaf vein morphometric. IEEE/ACM T Comput. BI 17(1): 82–90.
Xenakis A., Papastergiou G., Gerogiannis V. C., Stamoulis G. 2020. Applying a convolutional neural network in an IoT robotic system for plant disease diagnosis. In: 11th International Conference on Information, Intelligence, Systems and Applications. Los Alamitos, IISA. Pp. 1–8.
Xu Q.-M., Shu Z., He W.-J., Chen L.-Y., Yang S.-L., Yang G., Liu Y.-L., Li X.-R. 2012. Antitumor activity of Pulsatilla chinensis (Bunge) Regel saponins in human liver tumor 7402 cells in vitro and in vivo. Phytomedicine 19: 293–300. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2011.08.066
Зайков В. Ф., Кечайкин А. А., Куцев М. Г., Дорофеев В. И., Синицына Т. А., Каракулов А. В., Анисимов А. В., Баткин А. А., Панкратов С. Ю., Чупина И. С., Шестаков И. А., Колтунова А. М., Ахметов А. Е., Шмаков А. И. Pulsatilla chemalensis (Ranunculaceae) – новый для науки нотовид с Алтая // Turczaninowia, 2025. Т. 28, № 2. С. 127–138. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.28.2.13
Зайков В. Ф., Кечайкин А. А., Скапцов М. В., Смирнов С. В., Дорофеев В. И., Анисимов А. В., Баткин А. А., Панкратов С. Ю., Шмаков А. И. Ревизия серии Bungeanae рода Pulsatilla (Ranunculaceae) на основе морфологических и молекулярно-генетических данных // Turczaninowia, 2024. Т. 27, № 2. С. 71–85. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.27.2.9
Zamels A., Paegle B. 1927. Untersuchungen uber den anatomischen bau der blattstiele in der Gattung Pulsatilla Tourn. Acta Horti Bot. Univ. Latv. 2: 133–164.
Уведомление об авторских правах
Turczaninowiа является "золотым издателем", так как мы позволяем самоархивирование, но самое главное, мы полностью прозрачны в своих правах.
Авторы могут представить и обсудить свои выводы перед публикацией: в биологических или научных конференций, на допечатной серверах, в общедоступных базах данных, а также в блогах, вики, твиттерах и другие неформальных каналах связи.
Turczaninowiа позволяет авторам внести рукописи (находящуюся в настоящее время на рассмотрении или тех, которые предполагается предоставить в Turczaninowia) для архивирования в некоммерческих, допечатных серверах, таких как ArXiv.
Авторы, публикующиеся в этом журнале согласны со следующими условиями: авторы сохраняют свои авторские права и предоставляют журналу право первой публикации в связи с работой, которая одновременно распространяется по лицензии Creative Commons Attribution и позволяют другим иметь доступ к работе с признанием авторства этой работы и первоначальной публикацией в этом журнале. Авторы могут заключать отдельные, дополнительные договорные соглашения по неисключительному распространению опубликованной версии (например, разместить ее в институтском репозитории или опубликовать в книге), с признанием ее первоначальной публикации в этом журнале.
Авторам разрешается и рекомендуется размещать их работу в Интернете (например, в институциональных хранилищах или на их сайте) до и во время процесса подачи, так как это может привести к продуктивным обменам, а также увеличению цитирования опубликованных работ (см. Политика открытого доступа)
Политика открытого доступа.
Заявление о конфиденциальности
Имена и адреса электронной почты, поданные при публикации в этом журнале, сайт будет использоваться исключительно для заявленных целей данного журнала, и они не будут доступны для любых других целей или какой-либо другой стороне.
Наша публикационная этика журнала основана, в значительной степени, на руководящих принципах и стандартах, разработанных Комитетом по этике публикации (COPE). Соответствующие обязанности и права авторов, рецензентов и редакторов журнала изложены ниже.
ОБЯЗАННОСТИ АВТОРОВ
Отправляя рукопись "Turczaninowia", автор (ы) гарантирует, что они отправляют рукопись как свою собственную, оригинальную работу, и что она не имеет ни были опубликованы ранее, и в настоящее время не рассматривается для публикации в других изданиях. Они также гарантируют, что источники каких-либо идей и / или слов в рукописи, которые не являются их собственными, были должным образом приписаны с помощью соответствующего цитирования.
Автор обычно не должен издавать рукописи, описывающие по существу те же исследования, в нескольких журналах или прочих публикациях. Такая избыточная публикация обычно считается неэтичным поведением, и в случае обнаружения, может привести к отклонению рассматриваемой рукописи рассматриваемого отвергаются, или опубликованная статья будет изъята.
Авторы рукописей, освещающих оригинальные исследования должны представить точный отчет о выполненной работе, в сопровождении объективного обсуждения его значения. Основополагающие данные должны быть представлены точно и полно в рукописи. Рукопись должна содержать достаточно подробные данные и ссылки, чтобы позволять другим дублировать работу. Подтасовка результатов и изготовление поддельных или заведомо неточных утверждений является неэтичным поведением и может быть причиной для отклонения или изъятия рукописи или опубликованной статьи.
Там, где в статьях есть отчеты о использовании коммерческого программного обеспечения, аппаратных средств или других продуктов, авторы должны подать декларацию в начале рукописи, в которой они должны заявить, что никакого конфликта интересов не существует или описать характер любого потенциального конфликта. Все источники финансовой поддержки для исследования также должны быть раскрыты в рукописи.
Автор (ы) рукописи соглашаются, что, если рукопись принята к публикации в "Turczaninowia", опубликованная статья будет характьеризоваться авторскими правами с использованием "Attribution-Unported" лицензии Creative Commons. Эта лицензия позволяет автору (ам) сохранить авторские права, но и позволяет другим свободно копировать, распространять и отображать произведение и производные работы, основанные на ней, при определенных заданных условиях.
Имена авторов должны быть перечислены на статье в порядке их вклада в статью, и все авторы берут на себя ответственность за свои собственные результаты. Только те люди, которые внесли существенный вклад, должны быть перечислены в качестве авторов; те, чьи вклады являются косвенными или маргинальными (например, коллег или руководителей, которые рассмотрели проекты работы или оказывали помощь в корректуре, и руководители научно-исследовательских институтов / центров / лабораторий) должны быть названы в разделе «Выражение признательности» в конце статьи, непосредственно предшествующему Списку литературы.
Автор, подающий статью, должен обеспечить, чтобы все соавторы былм включены в статью, и что все соавторы видели и одобрили окончательный вариант статьи и согласились на его публикацию.
Там, где автор обнаруживает существенную ошибку или неточность в статье, которая была уже опубликована в "Turczaninowia", он / она обязана незамедлительно уведомить редакцию и сотрудничать с ними, чтобы исправить статью или отозвать ее в случае необходимости.
ОБЯЗАННОСТИ РЕЦЕНЗЕНТОВ
В журнале "Turczaninowia" рецензенты выполняют работу для журнала на добровольной основе. Учитывая, что большинство из этих людей находятся в полной занятости, их рецензирование для "Turczaninowia" должна выолняться по мере необходимости, а не быть их главным приоритетом. Рецензенты могут свободно отклонять приглашения для рассмотрения конкретных рукописей по своему усмотрению, например, если их текущая нагрузка, занятость и / или другие обязательства могут сделать ее непомерно высокой для того, чтобы завершить обзор своевременно и уделить должное время рецензированию. Они также не должны принимать рукописи на рецензию, в тематике которых они не чувствуют себя подходящим специалистом.
Рецензенты, которые приняли рукописи, как правило, должны предоставить свои рецензии в течение трех недель. Они должны отказаться от рецензии, если становится очевидным для них на любой стадии, что они не обладают необходимыми знаниями для выполнения рецензии, или что они могут иметь потенциальный конфликт интересов при проведении рецензии (например, в результате конкурентных исследований, совместных или других отношений или связей с кем-либо из авторов, учреждений или компаний, связанных с рукописью).
Информация или идеи, полученные рецензентами в процессе рецензирования должны храниться в тайне и не используются для личной выгоды. Любые рукописи, полученные для рассмотрения, должны рассматриваться как конфиденциальные документы, и не должны быть показаны или обсуждены с другими, если только это не санкционировано редакторами "Turczaninowia".
При проведении своих рецензий, рецензентам необходимо сделать это как можно более объективно, воздерживаться от участия в личной критики автора (ов). Им предлагается высказать свое мнение четко, объясняя и оправдывая все рекомендации. Они всегда должны пытаться представить подробную и конструктивную обратную связь, чтобы помочь автору (ам) в повышении эффективности их работы, даже если рукопись, по их мнению, не подлежит опубликованию.
Рецензенты должны определить в своих рецензиях соответствующие опубликованные работы, которые не были названы автором (ами), вместе с любыми примерами, где не было сделано надлежащее цитирование источников. Они должны привлечь внимание ответственного редактора в отношении каких-либо серьезных сходств между рукописью, поданной на рассмотрение и других опубликованных статей, или статей, о которых им известно, а также предотвратить любые проблемы, которые могут иметь место по отношению к этической приемлемости исследований, представленных в рукописи.
ОБЯЗАННОСТИ РЕДАКЦИИ
Редактор журнала "Turczaninowia" несет полную ответственность за решение о публикации рукописи, которая представляется в "Turczaninowia", и при этом руководствуется политикой журнала, и в соответствии с определенными редакцией "Turczaninowia" юридическими требованиями в отношении клеветы, нарушения авторских прав и плагиата. Редактор может проконсультироваться с заместителями Редактора и другими членами редакционной коллегии, а также с рецензентами, для принятии решений о публикации.
Редакция будет оценивать рукописи с точки зрения ее интеллектуального содержания без учета расы, цвета кожи, пола, сексуальной ориентации, религиозных убеждений, этнического происхождения, гражданства или политической философии автора (ов). Они не будут никому разглашать какую-либо информацию о рукописи, кроме автора (ов), рецензентов и потенциальных рецензентов, а в некоторых случаях членов редакционной коллегии "Turczaninowia" и членов команды управления журналом, в зависимости от обстоятельств. Кроме того, редакция будет прилагать все усилия, чтобы обеспечить целостность процесса слепого рецензирования, не раскрывая личности автора (ов) рукописи для рецензентам этой рукописи, и наоборот.
При оценке рукописи для публикации, в дополнение к рассмотрению стандартных критериев, относящихся к строгости рукописи, качеству ее предоставления, а также ее вклад в область научных знаний, редакторы также будут руководствоваться тем, насколько этические нормы были соблюдены, и вред был сведен к минимуму при проведении исследования. Они также оценивают насколько полученные научные и практические выгоды перевешивают вред в случае конкретного исследования.
Так как "Turczaninowia" приветствует предоставление рукописей из любой страны, необходимо признать, что законы и нормативные акты, касающиеся этики научных исследований и этического утверждения, различаются во всем мире. Таким образом, редакторам, возможно, придется обратиться за разъяснениями в связи с этим к автору (ам) с просьбой о том, чтобы они представили письмо от соответствующего институционального комитета по этике или совета, который одобрил исследование.
Редакция будет руководствоваться Руководством CORE для изъятия статей при рассмотрении любых спорных вопросов, которые были опубликованы в AASRJ. Редакторы готовы работать в тесном сотрудничестве с научно-исследовательскими организациями и учреждениями в соответствии с рекомендациями CORE о сотрудничестве между научно-исследовательскими институтами и журналами в области публикационной этики и этики проведения исследований.
"Turczaninowia" является журналом открытого доступа, что означает, что все его содержимое свободно и доступно бесплатно для пользователя или его / ее учреждения. Пользователи могут читать, загружать, копировать, распространять, печатать, выполнять поиск, делать ссылки на полные тексты статей в этом журнале, не спрашивая предварительного разрешения от издателя или автора. Это легитимно в соответствии с определением BOAI об открытом доступе.
Наш сайт демонстрирует знак Creative Commons, и это исключительное право автора, если он / она хочет, чтобы его / ее статьи были в свободном доступе или нет. Но мы должны опубликовать Резюме и метаданные статьи в полном доступе в любом случае.
