【摘要】本文通过建立数学模型分析了酿酒葡萄与葡萄酒的理化指标之间的联系，以及它们对葡萄酒质量的影响程度，论证了能否用葡萄和葡萄酒的理化指标来评价葡萄酒的质量.
【关键词】多元线性回归；主成分分析；聚类；相关性检验；BP神经网络
确定葡萄酒质量时一般是通过聘请一批有资质的评酒员进行品评.每个评酒员在对葡萄酒进行品尝后对其分类指标打分，然后求和得到其总分，从而确定葡萄酒的质量.然而酿酒葡萄的好坏与所酿葡萄酒的质量有直接的关系，葡萄酒和酿酒葡萄检测的理化指标也会在一定程度上反映葡萄酒和葡萄的质量.针对这些问题我们首先通过查找相关资料对酿酒葡萄的理化指标有了一定的了解，然后将酿酒葡萄的30个主要理化指标设置为自变量，红葡萄酒的9个理化指标和白葡萄酒的8个理化指标设置为因变量，然后分别进行相关性检验，求出相关性系数，用SPSS进行线性回归，最后得出关系式.通过理化指标，我们可以看出葡萄的理化指标和葡萄酒的理化指标是存在联系的，并不相互独立，所以我们将数据进行适当的处理，减少数据的维度.我们建立了BP神经网络模型，利用Matlab中的工具箱对部分数据进行训练，然后由此来预测和评判葡萄酒的质量，分析葡萄和葡萄酒理化指标对酒质量的影响.葡萄和酒中所含芬芳物质种类较多，不便于分析.因此要数据预处理，将所有数据整理分类.对葡萄酒的质量和所含芳香物质进行相关性分析，如果酒的质量与芳香物质强相关，那么不能用理化指标来评价质量；如果葡萄酒的质量与芳香物质不相关，则说明可以用理化指标来评价葡萄酒的质量.以下为具体的分析过程：
1.分析酿酒葡萄与葡萄酒的理化指标之间的联系
由相关数据我们可以看出酿酒葡萄的一级指标有30个，红葡萄酒的一级指标有9个，白葡萄酒的一级指标有8个.我们将酿酒葡萄的理化指标定为自变量，葡萄酒的理化指标定为因变量，采用多元回归的方法分析酿酒葡萄与葡萄酒的理化指标之间的联系.
在进行多元回归前，我们先用SPSS软件求出酿酒葡萄与红白葡萄酒各理化指标之间的相关系数.根据概率论与数理统计知识，相关系数的绝对值|r|越大，数据线性相关越强.观察分析我们计算出的相关系数的大小，发现酿酒葡萄与红白葡萄酒各理化指标基本呈线性相关关系.然后运用Pearson相关分析在0.01水平上显著相关得出分别影响红白葡萄酒质量的酿酒葡萄的理化指标.设红葡萄酒的9个理化指标分别为R1，R2，∧R9，白葡萄酒的8个理化指标分别为W1，W2，∧，W8，酿酒葡萄的30个理化指标分别为x1，x2，∧，x30.用SPSS软件分别对酿酒葡萄与红白葡萄酒各理化指标进行线性回归分析，进而可以得到线性回归方程组.
利用SPSS求出的R2和残差可以对线性回归方程组进行检验.由多元线性回归的性质可知，R2的值越接近1，说明回归方程对样本数据拟合得越好.
2.分析酿酒葡萄和葡萄酒的理化指标对葡萄酒质量的影响
在已知葡萄和葡萄酒理化指标的基础上我们要分析它们和酒的质量有什么关系，我们采取人工BP神经网络进行对葡萄酒质量的评判与预测.人工BP 神经网络是在对复杂的生物BP 神经网络研究和理解的基础上发展起来的，因此具有较强的信息处理能力，可以很好地协调多种输入信息的关系.构建BP神经网络步骤如下：
第一步：可以按所分的类别利用Matlab语言的BP神经网络工具箱提供的现成函数和BP神经网络类，参考BP神经网络基本结构建立起一个前馈的BPBP神经网络模型，存储各个样本输入数据的最小值和最大值.第二个输入变量是一个行向量，存储BP神经网络各层的节点数输入.第三个输入变量是单元数组，由若干字符串构成，每个字符串对应于该层的传输函数类型.由此可以确定BP神经网络的输入输出层.
第二步：利用上述输入输出数据调用train（）函数对BP神经网络参数进行训练.该函数调用格式为：
X，Y分别存储样本点的输入和输出数据；Y1，E分别返回由BP神经网络计算出的输出和误差矩阵.
第三步： 调用函数sim（）进行泛化，并对数据做相应的预测.
由于酿酒葡萄的理化指标和葡萄酒的理化指标之间存在相关性联系，并不相互独立，所以我们先对二者的理化指标进行主成分分析，确定各自的主要成分，然后我们选取葡萄酒的第一、第二主成分和酿酒葡萄的第一主成分作为输入数据，酒的评分作为输出数据.选取27组数据中的20组数据进行训练，再用剩余的数据进行检验.通过神经网络模型我们可以看出质量好的酒是由理化指标好的葡萄酿造的，但是具有好的理化指标的葡萄不一定能酿出质量好的葡萄酒.我们还可以通过已知葡萄的理化指标和葡萄酒的理化指标来预测和评价酒的质量好坏.
对于论证葡萄和葡萄酒的理化指标能否来评价酒的质量我们建立并采用了相关分析法，对葡萄和葡萄酒内含有的芳香物质先进行整理归纳，将醇、酯等含量加合处理作为新的指标，而甘油、烷等物质只有个别葡萄或葡萄酒含有，而且含量较少.所以我们将这些微量的芳香物质忽略，只选取主要的指标来和酒的质量做相关分析.
我们发现红葡萄酒的质量还与红葡萄酒中的醛、醇、酯、醚以及红葡萄中的醛具有较好的相关性.这说明红葡萄酒的质量是与葡萄和葡萄酒所含的芳香物质有关的，然而芳香物质属于气味指标，也是酒质量好坏的重要标准.它并不属于理化指标，所以我们认为对于红葡萄酒理化指标并不能完全评价酒质量的结果.
对于白葡萄酒进行相应的相关性分析可知，酒的质量和芳香物质并没有很强的相关性，所以我们可以认为白葡萄酒的质量好坏与其所含的芳香物质联系不大，因此我们可以根据白葡萄和酒的相应理化指标来评价白葡萄酒的质量.
