I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 8 ,   No .   1 A p r il   20 2 5 ,   p p .   447 ~ 458   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 8 . i 1 . pp 447 - 4 5 8           447     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Recog nition o pl a nt  lea disea ses   b a sed o n deep  l ea r ning  and  the  ch emica l reac tion o ptimiza tion   a lg o rithm       Ng hien Ng uy en  B a 1 ,   Nhu ng   Ng uy en  T hi 1 ,   Du ng   Vuo ng   Q uo c 2 ,   Cuo ng   Ng uy en  Co ng 3   1 F a c u l t y   o f   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y ,   H a n o i   U n i v e r s i t y   o f   I n d u st r y ,   H a n o i   C i t y ,   V i e t n a m   2 C e n t e r   o f   I n f o r mat i o n   Te c h n o l o g y ,   H a n o i   U n i v e r si t y   o f   I n d u s t r y ,   H a n o i   C i t y ,   V i e t n a m   3 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   H a n o i   U n i v e r s i t y   o f   I n d u st r y ,   H a n o i   C i t y ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 3 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct  2 2 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  3 0 ,   2 0 2 4       Ag ricu lt u re   p lay a   c r u c ial  r o le  in   d e v e lo p in g   c o u n tri e s u c h   a s   Vie tn a m ,   wh e re   7 0   p e rc e n o t h e   p o p u l a ti o n   is  e m p lo y e d   in   a g ricu lt u r e ,   a n d   5 7   p e rc e n o th e   so c ial  lab o f o rc e   wo rk in   t h e   a g ricu lt u ra se c to r.   Th e re fo re ,   c ro p   p r o d u c ti v it y   d irec tl y   a ffe c ts  th e   li v e o m a n y   p e o p le.  O n e   o t h e   p rima ry   re a so n s   fo r   re d u c e d   c ro p   y ield is  p lan t   lea d ise a se c a u se d   b y   b a c teria ,   fu n g i,   a n d   v ir u se s.  He n c e ,   th e re   is  a   n e e d   f o a   m e th o d   t o   h e l p   fa rm e rs i d e n ti fy   lea d ise a se s e a rl y   to   ta k e   a p p r o p riate   a c ti o n   t o   p r o tec c ro p s   a n d   sh ift   to   sm a rt  a g ricu l tu ra p r o d u c t io n .   T h is  p a p e p ro p o se li g h twe ig h t   d e e p   lea rn in g   (DL)  m o d e ls  c o m b i n e d   with   a   su p p o r v e c to m a c h in e   (S VM),   with   h y p e rp a r a m e ters   fin e - tu n e d   b y   c h e m ica re a c ti o n   o p ti m iza ti o n   (CRO) ,   fo d e tec ti n g   p la n lea d ise a se s.  Th e   m a in   a d v a n tag e   o th e   m e th o d   is  th e   sim p li c it y   o f   t h e   a rc h it e c tu re   a n d   o p ti m iza ti o n   o f   t h e   D m o d e l h y p e r p a ra m e ters ,   m a k in g   it   e a sil y   d e p l o y a b le  o n   lo h a r d wa re   d e v ice s.  To   tes th e   p e rfo rm a n c e   o f   th e   p r o p o se d   m e th o d ,   e x p e rime n ts   a re   p e rfo rm e d   o n   th e   P lan tVi ll a g e   d a tas e u si n g   P y th o n .   T h e   su p e ri o rit y   o th e   p ro p o se d   m e th o d   o v e th e   we ll - k n o wn   v isu a g e o m e try   g r o u p - 1 6   (VG G - 1 6 a n d   M o b i leN e tV2   m o d e ls  is  d e m o n s trate d   b y   a   1 0 %   in c re a se   in   a c c u ra c y   p re d ictio n   a n d   a   d e c re a se   o 5 %   a n d   6 6 %   i n   train in g   ti m e ,   re sp e c ti v e ly .   K ey w o r d s :   Ag r icu ltu r e   CRO   Dee p   lear n in g   m o d el   Hy p er p ar a m eter s   o p tim izatio n   L ea f   d is ea s es   SVM   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ng h ien   Ng u y en   B a   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   E n g i n ee r in g ,   Facu lty   o f   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y Ha n o i U n iv e r s ity   o f   I n d u s tr y   2 9 8   C au   Dien   Stre et,   Han o i,  Vietn am   E m ail: n g u y e n b an g h ien _ c n tt @ h au i.e d u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   T h 2 0 2 3   g lo b al  r ep o r o n   f o o d   cr is es  s h o ws  th at  th er i s   g r o win g   n ee d   f o r   f o o d   an d   liv elih o o d   ass is tan ce .   T h r ep o r r ev ea ls   th at  o v er   2 5 0   m illi o n   in d iv i d u als  ar f ac ed   with   ac u te  h u n g er .   I n   2 0 2 2 ,   th e   co u n o f   in d iv id u als  ex p er ien cin g   s ev er f o o d   in s ec u r ity   at   cr is is   o r   m o r s ev er lev els  r ea ch ed   2 5 8   m illi o n   acr o s s   5 8   co u n tr ies  an d   ter r i to r ies,  n o tab le  in cr ea s f r o m   1 9 3   m illi o n   in d i v id u als  in   5 3   co u n tr ies  an d   ter r ito r ies  in   2 0 2 1 .   On o f   t h p r im a r y   r ea s o n s   f o r   r ed u c ed   cr o p   y ield s   is   p lan t   leaf   d is ea s es  ca u s ed   b y   b ac ter ia,   f u n g i,   an d   v ir u s es.  B ec au s e,   p lan t   leaf   d is ea s es  o f ten   af f ec t   th e   ch lo r o p h y ll  co n ten an d   s tr u ctu r e   o f   leav es,  wh ich   ar cr u cial  f o r   p h o to s y n t h esis .   R ed u ce d   p h o t o s y n th esis   lead s   to   d ec r ea s in   th v ,   u ltima tely   af f ec tin g   its   g r o wth   an d   y ield .   I n   a d d itio n ,   m an y   leaf   d is ea s es  ca u s s y m p to m s   s u c h   as  n ec r o s is ,   wiltin g ,   o r   p r em atu r e   d ea th   o f   lea v es.  T h is   r esu lts   in   r ed u ctio n   o f   th e   to tal  leaf   ar ea   av ailab le  f o r   p h o to s y n th esis .   T h e   lo s s   o f   leav es   ca n   s ig n if ican t ly   im p ac t   th e   p lan t s   a b ilit y   to   ca p tu r s u n li g h a n d   co n v er it  in to   en e r g y .   T h er ef o r e ,   p r o tectin g   cr o p s   a n d   in cr ea s in g   cr o p   p r o d u ctiv i ty   is   an   ex tr em ely   im p o r tan t   task .   C u r r en tly   in   Vietn am ,   th wid esp r ea d   u s o f   p esti cid es  lead s   to   af f ec tin g   th h ea lth   o f   f ar m e r s ,   p o llu t in g   lan d   an d   wate r   s o u r ce s ,   an d   r e d u cin g   th q u ality   o f   ag r ic u ltu r al  p r o d u cts.  I n   ad d itio n ,   th e   ev o lu tio n   o f   clim ate  ch an g is   v er y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   4 4 7 - 4 5 8   448   co m p licated ,   lead in g   to   in cr e asin g ly   s er io u s   d is ea s es  r elate d   to   p lan leav es.  I n   p ar ticu la r ,   d is ea s es  o n   cr o p   leav es a r v er y   c o m m o n   an d   s er io u s ly   af f ec t c r o p   p r o d u ctiv i ty   [ 1 ] .     B ased   o n   [ 2 ] ,   p lan leaf   d is ea s es  p o s s ig n if ican ch allen g in   r ice  p r o d u ctio n ,   with   th p o ten tial  to   ad v er s ely   af f ec t h cr o p   an d   lead   to   d ec r ea s in   y ield .   Gen ith et  a l.   [ 3 ]   c o m m en f ar m er s   h av d i f f icu lty   d etec tin g   an d   class if y in g   d is e ases   o n   leav es.  R ely in g   o n   tr ad itio n al  p h y s ical  o b s er v atio n   m eth o d s   f o r   d is ea s e   id en tific atio n   an d   ca teg o r izat io n   in   ag r icu ltu r is   f r e q u en t ly   u n r eliab le  an d   co u ld   lea d   to   a   co n s id er a b le  d ec lin d u r i n g   p r o d u ctio n .   T h er ef o r e ,   an   a d v an ce d   ap p r o a ch   is   n ec ess ar y   to   ass is f ar m er s   in   q u ick l y   an d   ac cu r ately   d etec tin g   p lan lea f   d is ea s es.  R ec en tly ,   m an y   r esear ch er s   h a v f o cu s ed   o n   ap p l y in g   d ee p   lear n in g   ( DL )   an d   m ac h in lear n in g   ( ML )   to   cr ea te  m o d els  to   r ec o g n ize  h ig h l y   ac cu r ate  id en tifi ca tio n   o f   p lan leaf   d is ea s es  [ 4 ] .   R am esh   et  a l.   [ 5 ]   u s th r an d o m   f o r est  ( R F)  to   class if y   th h ea lth y   an d   d i s ea s ed   leav es  f r o m   th eir   co llected   d ata  s et Firstl y ,   th ey   u s ed   th h is to g r am   o f   an   o r ien ted   g r ad ien t   to   e x tr a ct  im ag f ea tu r es.  T h en ,   th e y   tr ain ed   th R F m o d el  with   th im ag f ea tu r es.   Sh ar m e t   a l.   [ 6 ]   p r esen im a g s eg m en tatio n   co n d u cted   to   d elin ea te  leav es  f r o m   th b ac k g r o u n d .   T h s eg m en tatio n   p r o ce s s   em p lo y s   K - m ea n s   clu s ter in g   with   two   clu s ter   ce n ter s ,   d es ig n atin g   o n f o r   th b ac k g r o u n d   an d   th e   o t h er   f o r   th f o r eg r o u n d .   T h en ,   th p ix els  o f   t h e   b ac k g r o u n d   im ag e   a r ch an g ed   to   b lack   to   elim in ate  ir r elev an in f o r m atio n   an d   en h an ce   p r ed ictio n   ac cu r ac y .   Fin ally ,   s o m ML   alg o r ith m s   s u ch   as   lo g is tic  r eg r ess io n ,   K - n ea r est  n eig h b o r s   ( KNN) ,   an d   s u p p o r v ec to r   m ac h in e   ( SVM )   ar i m p lem en ted   f o r   th e   class if icatio n   o f   p la n leaf   d i s ea s es.  T h lo g is tic  r eg r ess io n   ac h iev e d   t h b est  class if icatio n   ac cu r ac y   o f   6 6 . 4 %.  Gen ith et  a l.   [ 3 ]   p r o p o s ed   f u s io n   m eth o d   f o r   t h class if icatio n   o f   p lan leaf   d is ea s es.  Fir s t,  leaf   im ag es  ar p r e - p r o ce s s ed   b y   t r an s f o r m in g   th co lo r   im ag t o   g r ay s ca le  im ag e.   T h en ,   n o is is   r em o v ed   b y   th m ed ian   f ilter ,   ed g e,   a n d   d ir ec tio n   o f   th p la n leaf   a r d etec ted   b y   th So b el   f ilter ,   a n d   th Ga b o r   f ilter   r esp ec tiv ely .   Nex t,   th p r im a r y   ch a r ac ter is tics   o f   th e   leaf   im ag ar e   ex tr ac ted   b y   th e   p r in cip al  co m p o n e n t   an aly s is   ( PC A )   tech n iq u e.   Fin ally ,   th p r in ci p al  ch ar ac ter is tics   f ed   to   th SVM  f o r   class if icatio n   p u r p o s es.   T h ex p er im en r esu lts   d em o n s tr ate  th at  th p r o p o s ed   m et h o d   ac h iev es  p r ed ictio n   ac cu r ac y   o f   9 0 . 6 6 %.   Me n g is tu   et  a l.   [ 7 ]   u tili ze   b ac k p r o p ag atio n   n e u r al  n etwo r k s   an d   d ec is io n   tr ee s   ( DT )   to   d etec th r ee   p r im ar y   d is ea s es a f f ec tin g   co f f ee   tr ee s .   T h ac cu r ac y   o f   th p r o p o s ed   m o d el  r ea ch e d   9 4 . 5 %.  Sh ar m et  a l.   [ 8 ]   u tili ze d   b len d   o f   im a g p r o ce s s in g   m eth o d s   an d   v ar io u s   d ata  m in in g   alg o r ith m s   s u ch   as  KNN,   SV M,   R F,   an d   DT ,   f o r   th tim ely   id en tifi ca tio n   o f   r ice  p la n ailm en ts .   T h r esu lts   o f   t h ex p er im en t   d em o n s tr ate  th e   R F   alg o r ith m   ac h iev es  th h ig h es ac cu r ac y   p r ed ictio n ,   r ea c h in g   9 0 %.  M o h an t y   et  a l.   [ 9 ]   u s two   well - k n o w n   DL   ar c h itectu r es,   n am ely   Ale x Net  an d   Go o g L eNe t,  t o   id e n tify   p lan t   leaf   d is ea s es.  T h ey   u tili ze   im ag es  f r o m   th Plan tVillag d ataset  f o r   tr ain in g   an d   test in g   tr an s f er   m o d els,  as  well  as  f o r   tr ain in g   m o d els  f r o m   s cr atch .   T h ey   test ed   s ce n ar i o s ,   in clu d i n g   co l o r   im a g e s ,   g r a y s ca le  im ag es,  an d   s eg m en ted   i m a g e s ,   w i t h   t r ai n i n g   a n d   t e s ti n g   d a t a   p e r c e n t a g e s   o f   8 0 % - 2 0 % ,   6 0 % - 4 0 % ,   a n d   5 0 % - 5 0 % ,   as   w el l   as   2 0 % - 8 0 % .   T h ex p er im en tal   f in d in g s   s h o th at  Go o g L eNe t,  with   tr an s f er   lear n in g   an d   a   tr ain in g - test in g   s et  r atio   o f   8 0 % - 2 0 %,  a ch iev ed   th h ig h est  ac cu r ac y   p r ed ictio n   o f   9 9 . 3 5 %.  An d r ew  et  a l.   [ 1 0 ]   co n d u cted   ex p er im en ts   u s in g   th Plan tVillag e   im ag d ataset  with   f o u r   co m m o n   DL   m o d els:   r esid u al   n et wo r k   ( R esNet) - 5 0 ,   I n ce p tio n V4 ,   v is u al   g eo m etr y   g r o u p - 1 6   ( VGG - 1 6 ) ,   an d   De n s eNe t - 1 2 1 ,   all   p r e - tr ain e d   o n   th I m a g eNe d ataset.   E x p er im en tal  o u tco m es  s h o th at  th p r e - tr ain ed   De n s eNe t - 1 2 1   ac h ie v ed   th h ig h est   class if icatio n   ac cu r ac y ,   r ea c h in g   9 9 . 8 1 %.    J u n g   et  a l.  [ 1 1 ]   p r o p o s ed   m eth o d   f o r   class if y in g   cr o p s ,   d etec tin g   d is ea s es,  an d   ca teg o r ical   cr o p   ailm en ts .   T h p r o p o s ed   a p p r o ac h   is   ex ec u ted   in   th r ee   s tag es .   Fo r   th in itial  s tag e,   p r e - tr a in ed   m o d el  is   u s ed   to   class if y   cr o p s .   Fo r   th e   s u b s eq u en s tag e,   s ev er al  m o d els,  ea ch   d ed icate d   to   s p ec if ic  c r o p ,   a r em p l o y ed   to   d etec p lan t   d is ea s es  f r o m   im a g es.  I n   th f in al  s tep ,   s et  o f   p r e - tr ain ed   m o d els  is   u tili ze d   to   class if y   d is ea s es  f o r   ea ch   cr o p .   Fiv p r e - tr ain e d   m o d els,  in clu d i n g   R esNet5 0 ,   Alex Net,   Go o g leNe t,  VGG1 9 ,   an d   E f f icien tNet,   ar ex p er im en ted   with   i n   ea ch   s tep .   L ea f   im ag es  o f   th r ee   cr o p s   b ell  p ep p er ,   to m ato ,   an d   p o tato   ar e   ex tr ac te d   f r o m   th Plan tVillag d ataset  u tili ze d   in   th ex p er im en t.  T h r esu lts   o f   th ex p er im en in d icate   th at  th p r e - tr ain ed   E f f icien tNet  m o d el  ac h iev ed   th h i g h est  ac cu r ac y   o f   9 9 . 3 3 an d   9 9 . 4 0 in   th f ir s an d   last   s tep s ,   r esp ec tiv ely .   Ad d itio n ally ,   th p r e - tr ain ed   Go o g L eNe attain ed   th h ig h est  ac cu r ac y   o f   1 0 0 f o r   th b ell   p ep p er   c r o p ,   VGG1 9   y ield ed   th b est  ac cu r ac y ,   r ea ch in g   1 0 0 f o r   th p o tato   c r o p ,   a n d   R esNet5 0   attain ed   th u tm o s t a cc u r ac y   o f   9 9 . 7 5 % f o r   th t o m ato   cr o p   in   th s ec o n d   s tep .   Han g   et  a l.  [ 1 2 ]   s u g g ested   an   ap p r o ac h   th at  r ep lace d   th f u lly   co n n ec ted   lay er   o f   th VGG1 6   m o d el  with   th i n ce p tio n   an d   s q u ee ze - an d - e x citatio n   m o d u les.  T h e x p er im e n tal  f i n d in g s   illu s tr ate  t h s u p e r io r   p er f o r m an ce   o f   th eir   p r o p o s ed   m o d el   co m p ar ed   to   o th er   co m m o n   s tr u ctu r es  in clu d in g   Alex Net,   Go o g L eN et,   VGG1 6 ,   VGG1 9 ,   R esN et - 5 0 ,   I n c ep tio n v 2 ,   I n ce p tio n v 3 ,   I n ce p tio n v 4 ,   an d   SENe t.    Sh ar m et  a l.  [ 6 ]   g ath er ed   2 0 , 0 0 0   im ag es  f ea tu r i n g   b o th   h ea lth y   an d   d is ea s ed   leav es  ac r o s s   1 9   d if f er e n t   class es.  T h d ataset  en co m p ass es  p r ev alen lea f   d is ea s es  lik b lack   r o t,  r u s t,  b ac ter ial  s p o ts ,   an d   o th er s ,   af f ec tin g   v ar io u s   cr o p s   s u ch   as  co r n ,   ap p le,   p o tato ,   an d   to m ato .   Su b s eq u e n tly ,   th e   im ag es  u n d e r wen t   s eg m en tatio n   u s in g   th K - m e an s   alg o r ith m   to   i s o late  th e   l ea v es  an d   b ac k g r o u n d .   Fin ally ,   th r esear ch er s   tr ain ed   an d   test ed   s ev er al  ML   m o d els  an d   co n v o l u tio n al   n eu r al  n etwo r k   ( C NNs)  u s in g   th s eg m en ted   d ataset.   T h ey   r ep o r ted   t h at  th e   C NN  ar ch itectu r attain ed   th e   u tm o s t c lass if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 8 %.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       R ec o g n itio n   o f p la n t le a f d is ea s es b a s ed   o n   d ee p   lea r n in g     ( N g h ien   N g u ye n   B a )   449   Sar d o g an   et  a l.   [ 1 3 ]   s u g g este d   an   ap p r o ac h   th at  c o m b in es   C NN  an d   lear n in g   v ec to r   q u an tizatio n   ( L VQ) .   T h e   leaf   im ag es   f e atu r es  ar e x tr ac ted   u s in g   C NN  an d   t h en   class if ied   th r o u g h   L VQ.   Fo r   th e   ex p er im en t,  5 0 0   to m ato   leaf   im ag es  wer u tili ze d ,   ca teg o r ize d   in to   h ea lth y ,   b ac ter ial  s p o t,  late  b r ig h t,   s ep to r ia  s p o t,  an d   y ell o cu r v ed   f r o m   th e   Plan tVillag d ataset.   T h d ataset  u n d er we n d iv i s io n   in to   t r ain in g   s et  ( 8 0 %)  an d   test   s et  ( 2 0 %) .   T h e x p er im e n d ata  i n d icate   th at  th eir   p r o p o s ed   m et h o d   a ch iev es  an   a v er ag class if icatio n   ac cu r ac y   o f   8 6 %.  Nik ith   et  a l.  [ 1 4 ]   em p l o y e d   th C NN  m o d el   to   class if y   leaf   d is ea s es  in   th So y ab ea n   leaf   d ataset.   T h ey   r ep o r ted   9 6 class if icatio n   ac cu r ac y   d u r in g   th tr ain i n g   p h ase  an d   8 4 d u r in g   th test in g   p h ase.   Alg an et   a l.   [ 1 5 ]   p r o p o s ed   m eth o d   th at  in teg r ates  an c o lo n y   o p tim izatio n   ( AC O)   an d   C NN  f o r   th d etec tio n   an d   cl ass if icatio n   o f   p lan leaf   d is ea s es.  I n   th is   ap p r o ac h ,   AC is   u tili ze d   f o r   f ea t u r ex tr ac tio n ,   w h ile  C NN  is   em p lo y ed   to   d if f er en tiate  b etwe en   h ea lth y   an d   d is ea s ed   leav es .   T h e x p er im e n tal   d ata  d em o n s tr ate  th at  th s u g g ested   ap p r o ac h   attain e d   th h ig h est  ac cu r ac y   in   clas s if icatio n ,   r ea ch in g   9 9 . 9 8 %,   s u r p ass in g   p o p u lar   m o d els  lik g en er ativ e   ad v e r s ar ial  n etwo r k   ( GAN )   a n d   C N N.   Naw az   et  a l.   [ 1 6 ]   em p lo y ed   c o m b in atio n   o f   R esNet - 3 4 ,   th co n v o lu tio n   b lo ck   atten tio n   m o d u le  ( C B AM ) ,   an d   f aster   r eg io n - b ased   co n v o lu tio n al  n e u r al  n e two r k   ( f aster - R C NN )   to   lo ca te  th r e g io n   an d   class if y   leaf   d is ea s es  in   to m ato   cr o p s .   R esNet - 3 4 ,   in   co n ju n c tio n   with   C B AM ,   i s   r esp o n s i b le  f o r   e x tr ac tin g   f ea tu r es  f r o m   th leaf   d is ea s e   i m a g e s .   M e an w h i l e,   f a s t e r - R C N N   i s   p i v o t a i n   l o ca l i z i n g   a n d   ca t e g o r i z in g   th e   id e n t if i e d   l ea f   d i s e a s e s .     T h e   ex p er i m en t a l   o u t co m e s   h i g h l i g h t   t h a t   th e i r   s u g g e s t ed   a p p r o a c h   a c h i ev ed   a n   im p r e s s i v e   p r e d i ct i o n   a c c u r a c y   o f   9 9 . 7 % .   Alb attah   et  a l.   [ 1 7 ]   s u g g ested   m o d if ied   C en ter Net  m o d el  b y   r ep lacin g   R esNet - 1 0 1   in   th o r ig i n al   m o d el  with   Den s eNe t - 7 7 .   T h ey   u tili ze d   th m o d if ied   C en ter Net  to   d etec r eg io n s   an d   class if y   v ar io u s   leaf   d is ea s es.  E x p er im en tal  o u tco m es  r e p o r te d   th at   th s u g g ested   m o d el   ac h iev e d   an   m ea n   av er ag e   p r ec is io n   ( m AP )   o f   0 . 9 9   an d   m ea n   in ter s ec tio n   o v er   u n io n   ( I OU )   o f   0 . 9 9 3 .   A n ar i   et  a l .   [ 1 8 ] ,   m o d if ied   th o r ig in al   r esid u al  b lo ck   b y   i n co r p o r atin g   weig h ts   f o r   th f ee d b ac k   b l o ck .   Ad d itio n ally ,   th a u th o r   em p lo y ed   m u ltip le  SVM  m o d els  f o r   class if icati o n   p u r p o s es,  u s in g   p o r tio n   o f   th Plan tVillag im ag es  d ataset  f o r   th ex p er im en t.  T h r ep o r ted   r esu lts   in d icate   th at  th p r o p o s ed   m o d el  ac h iev e d   p r ed ictio n   a cc u r ac y   o f   9 9 . 1 %.  B alaji  e a l.   [ 1 9 ]   em p lo y e d   a   g en etic  alg o r ith m   ( GA)   an d   p r e - tr ain ed   C NN  f o r   th class if icatio n   o f   p lan t   leaf   d is ea s es.  T h GA   was  u tili ze d   f o r   d en o is in g   a n d   f ea t u r ex tr ac tio n ,   wh ile  t h p r e - tr ain ed   R esNet - 5 0   an d   VGG - 1 6   m o d els  aid e d   in   cla s s if y in g   th id en tifie d   leaf   d i s ea s es.  A cc o r d in g   to   th eir   r e p o r t,  th e   p r o p o s ed   m eth o d   attain ed   class if icati o n   ac cu r ac y   o f   9 5 %.  Ag ar wal   et  a l.  [ 2 0 ] ,   p r o p o s ed   th u tili za tio n   o f   C NN  f o r   th class if icatio n   o f   t o m ato   leaf   d is ea s es.  T h r ep o r ted   r e s u lts   in d icate   clas s if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 1 . 2 %.   E zh ilar asan   et  a l.  [ 2 1 ]   p r o p o s ed   m et h o d   u s in g   a   DL   R esNet  m o d el  with   p ar am eter s   o p tim ized   b y   t h jelly f is h   o p tim izatio n   alg o r ith m   f o r   th class if icatio n   o f   to m ato   leaf   d is ea s e.   T h p er f o r m a n ce   o f   th e   p r o p o s ed   m o d el  is   ev al u ated   b ased   o n   th class if icatio n   o f   to m ato   p lan t   leaf   d is ea s e.   T h e x p er im en tal  r esu lts   s h o th at  th p r o p o s ed   m et h o d   ac h iev es  class if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 7 . 3 %.  Pu jar   et  a l .   [2 2 ] ,   p r o p o s ed   th en h an ce d   KNN   f o r   th class if icatio n   o f   co r n   leaf   d is ea s es.  T h r e p o r ted   r esu lts   in d ic ate  c lass if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 9 . 8 6 %.   Ho wev er ,   alm o s all  r esear ch e r s   h av em p lo y ed   th c o m p le x   ar ch itectu r o f   C NNs,  wh ich   in v o lv lar g n u m b e r   o f   p ar am eter s .   C o n s eq u en tly ,   p r ev i o u s ly   p r o p o s ed   s o lu tio n s   ar e   ch allen g i n g   to   im p lem en o n   h ar d war with   lim ited   p er f o r m an ce ,   s u ch   as  m o b ile  a n d   i n ter n et  o f   th i n g s   ( I o T )   d ev ice s .   Ad d itio n ally ,   th e   h y p er p ar am eter s   o f   C NNs  ar o f ten   ch o s en   b ased   o n   ex p er ien ce ,   m ak in g   it  d if f icu lt  t o   ac h iev o p tim al   m o d els.  I n   th is   s tu d y ,   lig h tweig h C NN  m o d el  is   d esig n ed   f o r   ea s y   in t e g r atio n   in t o   lo w - p er f o r m an ce   h ar d war d e v ices  an d   h ig h - a cc u r ac y   p r e d ictio n .   I n   ad d iti o n ,   n o v el  m eth o d   th at  u tili ze s   th ch em ical   r ea ctio n   o p tim izatio n   ( C R O)   alg o r ith m   to   o p tim ize  t h tu n ab le  p ar a m eter s   o f   th e   C NN  an d   SVM  m o d el   is   in tr o d u ce d .   Fu r t h er m o r e ,   to   e n h an ce   class if icatio n   ac cu r ac y ,   th last   lay er   o f   th tr ain e d   C NN  is   r ep lace d   b y   an   SVM  m o d el.   I n itially ,   im ag es  d ep ictin g   p lan leaf   d is e ases   ex tr ac ted   f r o m   t h Plan tVillag d ataset  ar em p lo y ed   t o   tr ain   an d   e v alu at th p r o p o s ed   DL   m o d el.   Su b s eq u en tly ,   th f in al  lay e r   o f   th tr ain ed   DL   m o d el   is   s u b s titu ted   with   an   SVM  f o r   en h a n ce d   class if icatio n   ac c u r ac y .   T h h y p er p a r am eter s   o f   b o th   th e   DL   an d   SVM  m o d els ar f in e - tu n ed   u s in g   th C R alg o r ith m .   T h p r i n cip le  o f   th e   p r o p o s e d   m eth o d   is   p r esen ted   in   s ec tio n   2 .   T h e x p er im e n tal  r e s u lts   an d   d is cu s s io n   ar p r esen ted   in   s ec tio n   3 .   T h g o al  o f   th s tu d y   is   r eiter ated ,   th f in d in g s   ar s u m m ar ized ,     th s ig n if ican ce   o f   th f in d in g s   is   d is cu s s ed ,   an d   f u tu r wo r k   is   o u tlin ed   in   th c o n clu s io n   s ec tio n .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Co nv o lutio n neura l net wo rk s   T h s tr u ctu r o f   th DL   n etwo r k   illu s tr ated   in   Fig u r 1   in c lu d es  co n v o lu tio n al,   p o o lin g ,   an d   f u lly   co n n ec ted   la y er s .   As  th C NN   p r o g r ess es  th r o u g h   its   lay er s ,   its   co m p lex ity   g r o ws,  allo win g   it  to   d etec lar g er   ar ea s   o f   th im ag e.   T h in itial   lay er s   co n ce n tr ate  o n   b asic  ch ar ac ter is tics   s u ch   as  co lo r s   a n d   ed g es,  g r a d u ally   ad v an cin g   to   r ec o g n ize  m o r e   s u b s tan tial  elem en ts   o r   s h ap es  o f   th o b ject.   Ultim ately ,   th C NN  r ea ch es  p o in wh er it  s u cc ess f u lly   id en tifie s   th in ten d ed   o b ject.   T h co n v o l u tio n al  lay er s   s er v as  r em o v in g   n o is e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   4 4 7 - 4 5 8   450   an d   b o u n d ar y   d etec to r s ,   wh er ea s   th p o o lin g   lay e r s   p er f o r m   c o m p u tatio n s   to   o b tain   eith er   av e r ag o r   m ax im u m   lo ca v alu es,  r ed u ci n g   th s ize  o f   th im ag e.   Fu lly   co n n ec ted   lay er s   p er f o r m   clas s if icatio n   task s .   T h co n v o lu tio n al  la y er   p er f o r m s   s u m m ar izatio n   o f   th e   elem en t - wis p r o d u ct  o f   tw o   m atr ices.    T h f ir s m atr ix   r ep r esen ts   p o r tio n   o f   th e   in p u t,  wh ile  th e   s ec o n d   m atr ix   co r r esp o n d s   to   t h k er n el.   Fig u r e   2   illu s tr ates  th ca lcu latio n   p r o c ess   o f   th e   co n v o lu tio n al  lay e r .   T h e   p o o lin g   ca lcu latio n   is   illu s tr ated   in   Fig u r 3 ,   wh er th s tr id d eter m in es  h o q u ick ly   th k er n el  m o v es  b o th   h o r izo n tally   a n d   v er ticall y   ac r o s s   th p ix els  o f   th in p u t im ag d u r i n g   co n v o lu tio n   a n d   p o o lin g.           Fig u r 1 .   T h g e n er al  C NN  s tr u ctu r es                 Fig u r 2 .   T h p r i n cip le  o f   th co n v o l u tio n   o p er atio n   Fig u r 3 .   T h p r i n cip le  o f   th p o o lin g   p r o ce s s       2 . 2 .     Su pp o rt   v ec t o ma chine   SVM  ar wid ely   u tili ze d   in   th d o m ain   o f   DL   f o r   class if icatio n   p u r p o s es.  SVM  aim s   t o   f in d   th e   o p tim al  h y p er p lan t h at  ef f e ctiv ely   s ep ar ates  d ata   in to   t wo   ca teg o r ies,  with   th e   m a r g in   r e p r esen tin g   th m ax im u m   d is tan ce   b etwe en   t h h y p e r p lan an d   th clo s est  s am p le.   Fig u r 4   illu s tr ates  h y p er p lan alo n g   with   its   ass o ciate d   m ar g in .   L et s   co n s id er   tr ain in g   s et  co m p r is in g   n   s am p les  = { ( 1 , 1 ) , ( 2 , 2 ) , , ( , )   } ,   wh er ea ch     r ep r esen ts   v ec to r   in   d - d im en s io n al  s p ac e,   an d   { 1 , 1 }   d en o tes  th co r r esp o n d in g   lab els.  A   h y p er p lan th at  p a r titi o n s   in to   two   r eg i o n s   is   ex p r ess ed   b y   th eq u atio n   . + = 0 .   T h o b jectiv o f   th e   SVM  alg o r ith m   is   to   d eter m i n th v alu es  o f   an d   b   to   m ax im ize  th m ar g in .   T h is   r eq u ir es  s o lv in g   th s u b s eq u en t o p tim izatio n   p r o b l e m   [ 2 3 ]:     min , , { 1 2 2 2 + = 1 }   ( 1 )     to   m ee t th r eq u ir em en ( 2 ) :     : { ( , , ) × × + ( , + ) 1 ,   1   ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       R ec o g n itio n   o f p la n t le a f d is ea s es b a s ed   o n   d ee p   lea r n in g     ( N g h ien   N g u ye n   B a )   451   wh er e,   th e   s lack   v ar iab les,  d e n o ted   as   ξ ,   ar i n tr o d u ce d   to   r elax   th e   ca teg o r izatio n   c r iter io n ,   w h ile  C   s er v es   as  tu n i n g   f ac to r .   I t   r eg u lates  th b alan ce   b etwe en   m a x im izin g   th m a r g in   an d   m in im izi n g   th e   tr ain in g   er r o r .   R ath er   th an   tack lin g   th p r im ar y   p r o b le m   d ir ec tly ,   it  is   o f ten   p r ef er ab le  to   ad d r ess   its   d u al  co u n ter p a r t,  wh ich   p r o ce ed s   as f o llo ws:     min 1 2    l   ( 3 )     with   co n s tr ain ts :     : { = 0 0     , = 1 ,   ( 4 )     w h er e   = ( 1 , 2 , , ) l   is   u n it v ec to r ,   a n d   H   is   s y m m etr ic  m atr ix   s p ec if i ed   b y :     , = Ф ( ) , Ф ( ) = ( , )   ( 5 )     h er e,     p r esen ts   d o p r o d u ct,   a n d   ( . )   d en o tes  tr an s f o r m atio n   f r o m   th in p u s p ac to   f ea tu r s p ac o f   g r ea ter   d im en s io n s ,   ad d r ess in g   s itu atio n s   wh er s am p les   a r n o lin ea r ly   s ep ar a b le.   ( )   is   r ef er r ed   t o   as   th k er n el  f u n ctio n   an d   is   s p ec if ied   in   ex p r ess io n   ( 6 ) .     ( , ) = Ф ( ) , Ф ( )   ( 6 )           Fig u r 4 .   Sk etch   p r in ci p le  o f   t h SVM       2 . 3 .     H y perpa ra m e t er   o ptim i za t io n f o r m ula t io n   Du r in g   th d esig n   p h ase  o f   ML   m o d els,  ef f icien ex p lo r at io n   o f   th h y p er p ar am eter   s p ac th r o u g h   o p tim izatio n   tec h n iq u es   ca n   id en tify   th o p tim al  h y p e r p ar a m eter s   ( HPO)   f o r   t h ese  m o d els.  As  o u tlin ed   in   th e   ar ticle  [ 2 4 ] ,   HPO  co m p r is es  f o u r   ess en tial  co m p o n en t s a n   esti m ato r   co m p r is in g   its   o b jectiv f u n ctio n ,   a   s ea r ch   s p ac ( also   k n o w n   as  co n f ig u r atio n   s p ac e) ,   s ea r ch   alg o r ith m   u s ed   t o   u n c o v er   t u n in g   p ar am eter s ,   a n d   s co r in g   f u n ctio n   f o r   co m p ar in g   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   v ar io u s   tu n in g   p ar am ete r   s etu p s .   T y p icall y ,   th e   g o al   o f   th HPO  p r o b lem   is   to   p i n p o i n t a   s p ec if ic  p o in t w ith in   th s ea r ch   s p ac d ef i n ed   b y   ( 7 )   [ 7 ] .     = a r g min ( )     ( 7 )     h er e,   ( )   p r esen ts   th o b jectiv f u n ctio n   to   b m in im ized ,     is   an   o p tim al  p o in t i n   s ea r ch   s p ac S.   Fo r   DL   m o d els,  t h s ea r ch   s p ac ca n   in clu d th n u m b e r   an d   s ize  o f   f ilter s   i n   th e   co n v o lu tio n al  lay er s ,   th ac tiv atio n   f u n ctio n ,   th n e u r o n   co u n with in   t h f u lly   co n n ec ted   lay er ,   a n d   t h i n itial  lear n in g   r ate.   Su p p o s we   n ee d   to   f in d   n   o p tim al  tu n in g   p a r am eter s   f o r   DL   m o d el.   E ac h   tu n in g   p ar a m eter   h as  a   d is cr ete   o r   ca teg o r ical  v alu d o m ain   with   s ev er al  o p tio n s     in   th co r r esp o n d in g   s ea r c h   s p ac .   T h er ef o r e,   th e   s ea r ch   s p ac ca n   b r ep r esen te d   as  ( 8 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   4 4 7 - 4 5 8   452   = 1 2 = 1 , 1 1 , 2 1 , 1 2 , 1 2 , 2 2 , 2 , 1 , 2 ,   ( 8 )     Hen ce ,   = [ 1 , 2 , , ]   an d   .   T o   f in d   th e   ,   an   ap p r o p r iate  o p tim izatio n   al g o r ith m   n ee d s   to   b e   u s ed .     2 . 4 .     Chem ic a l r ea ct io n o pti m iza t io n a l g o rit hm   T h C R alg o r ith m   is   a   co n t em p o r ar y   r a n d o m   s ea r ch   em p lo y ed   f o r   th p r o b lem   o f   o p tim izatio n ,   m im ick in g   t h d y n am ics  o f   lo o s ely   co u p led   ch em ical   tr an s f o r m atio n s   with in   o p tim izati o n   p r o ce s s es.  I n   a   ch em ical  r ea ctio n   s y s tem ,   v a r io u s   ch em ical  s u b s tan ce s   in t er ac with in   th eir   e n v ir o n m e n t,  ea ch   p o s s ess in g   b o th   p o te n tial  ( PE)   an d   k in eti en er g ies  ( KE ) ,   wh ile  th en v ir o n m e n its elf   is   r ep r esen ted   b y   ce n tr al  en er g y   b u f f er   [ 2 5 ] .   As  th ch em ical   r ea ctio n   r ea ch es  eq u ilib r iu m ,   all  s u b s tan ce s   s tab ilize  with   m in im al  p o ten tial   en er g y .   C R em u lates  th i s   eq u ilib r iu m   p r o ce s s   b y   tr an s f o r m in g   p o ten tial  en er g y   in to   k i n etic  en er g y ,   s lo wly   d is ch ar g in g   th e   en er g y   s to r ed   in   ch em ical  m o lecu les  in to   t h s u r r o u n d in g s .   C R is   f o u n d ed   u p o n   f o u r   b asic  tr an s f o r m s on wa l l   in e ff e c tive   c ol l ision de c om positi on ,   in ter - m o lec u lar   in e ff e c tive   c ol l ision ,   an d   s yn the s is .   W h ile  two   in e ff e c tive   c ol l isions   f ac ilit ate  lo ca s ea r ch es,  th o th er s   f ac ilit ate   g lo b al  s ea r ch es.  C o n s eq u en tly ,   C R ef f ec tiv el y   in teg r ates  th ese  two   s ea r ch   ty p es  to   ex p lo r th g lo b al  m in im u m   with in   th f ea s ib le  r eg io n .   B y   am alg am atin g   th e   b en e f ic ial  asp ec ts   o f   b o t h   s im u lated   an n ea lin g   ( SA)   an d   GA,   C R O   m ain tain s   en er g y   c o n s er v atio n   ak in   to   th e   m etr o p o lis   alg o r ith m   u s ed   in   SA,  wh ile  its   d ec o m p o s itio n   an d   s y n th esis   o p er atio n s   r esem b le  th cr o s s o v er   an d   m u tatio n   o p er atio n s   o f   GA.   I n   C R O,   ev er y   m o lecu l is   d ef in ed   b y   a   m o lecu lar   s tr u ct u r ( ω ) ,   s er v in g   as  an   an s wer   to   t h is s u e,   alo n g   with   two   t y p es  o f   en e r g y :   PE  an d   KE .   PE  co r r esp o n d s   to   th v alu o f   th f itn ess   f u n ctio n ,   wh ile  KE   d en o tes  m o lecu le s   to ler an ce   to   an   in cr ea s in   its   en er g y   s tate .   T o   s im u late  f o u r   b asic  r ea ctio n s   b ased   o n   th r ee   o p er ato r s   n eig h b o r ,   d ec o m p o s itio n ,   an d   s y n th esis .   T h n eig h b o r   o p er ato r   is   u s e d   in   th e   co llis io n   r ea ctio n   to   c r ea te  n ew  s o l u tio n   f r o m   p ar ticu lar   o n e.   T h n e s o lu tio n   is   cr ea ted   b y   c h an g in g   r a n d o m l y   s elec ted   el em en ts   in   th cu r r e n t   s o lu tio n .   T h e   g o al  o f   th is   o p e r ato r   is   to   co n d u ct  a   lo ca ex p lo r atio n   f o r   b etter   s o lu tio n .   T h p s eu d o co d e   o f   th is   o p er ato r   is   s h o wn   b y   Alg o r ith m   1 .     Alg o r ith m   1 .   Neig h b o r   ( ω )   1.   Copy    to    2.   Generate a random integer i smaller than t he total number of elements in      3.   Assign  ( ) = ,     T h d ec o m p o s itio n   o p er ato r   i s   u s ed   in   th d ec o m p o s itio n   r ea ctio n .   T h is   o p e r ato r   cr ea tes   two   n ew   s o lu tio n s   1 , 2   f r o m   th e   s p ec if ied   s o lu tio n   .   T h is   o p e r ato r   h elp s   to   escap l o ca m in im a   b y   h alf   th to tal   ch an g e.   T h p s eu d o co d o f   t h is   o p er ato r   is   d em o n s tr ated   b y   Alg o r ith m   2 .     Alg o r ith m   2 .   Dec o m p o s itio n   ( ω )   1.   Copy    to  1   2.   Randomly change 50% of the elements of  1   by selecting randomly    from set    3.   Repeat steps 1 and 2 for  2   in a similar manner     T h s y n th esis   o p er ato r   is   u s e d   in   th s y n th esi s   r ea ctio n .   T h is   o p er ato r   cr ea tes  n ew  s o lu tio n     f r o m   t h two   g iv e n   s o lu tio n s   1 , 2 .   T h p r o ce s s   in v o lv es  r a n d o m ly   s elec tin g   co m p o n e n ts   o f   two   m o lec u les  with   s im ilar   ch an ce s   to   cr ea te  n ew  m o lecu le.   T h p s eu d o c o d f o r   th is   o p e r atio n   is   p r o v i d ed   in   Alg o r ith m   3 .   T h C R O   alg o r ith m   is   s tar te d   b y   an   in itial  p o p u latio n .   T h p s eu d o co d f o r   cr ea tin g   th is   p o p u latio n   is   p r esen ted   in   Alg o r ith m   4 .     Alg o r ith m   3 .   C r ea te  s y n th esis   ( 1 , 2 )   1.   FOR i = 1 TO m DO   2.   Generate a random number r between 0 and 1   3.   IF r>0.5 DO   4.   ( ) = 1 ( )   5.      6.   ( ) = 2 ( )   7.   ENDIF   8.   ENDFOR       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       R ec o g n itio n   o f p la n t le a f d is ea s es b a s ed   o n   d ee p   lea r n in g     ( N g h ien   N g u ye n   B a )   453   Alg o r ith m   4 .   C r ea te  th in itial p o p u latio n     1.   FOR i = 1 TO PopSize DO   2.   FOR j = 1 TO m DO   3.   Se le ct   ra nd om ly     fo di sc re te   or   ca te go ri ca do ma in s.   Ge ne ra te   ra nd om   nu m be [ , ]   for the continuous domain.    4.   ( ) =   5.   ENDFOR   6.   Train the CNN or SVM model with the given    7.   Calculate the objective function   ( ) = ( ) = 1    (     )     8.   ENDFOR     2 . 5 .     P r o po s ed  m et ho d   T h p r i n cip le  o f   th e   p r o p o s e d   ap p r o ac h   in v o lv es  c o m b i n atio n   o f   a   DL   n etwo r k   an d   an   SVM   m o d el.   T h DL   n etwo r k   is   r es p o n s ib le  f o r   ex tr ac tin g   f ea tu r e s   f r o m   im ag es  o f   d is ea s ed   leav es,  wh ile  th e   SVM  s er v es  as  th class if ier .   I n itially ,   im ag es  o f   d is ea s ed   leav e s   ar ex tr ac ted   f r o m   th e   Plan tVillag d atab ase.   Su b s eq u en tly ,   th ese  im ag es  ar au g m en ted   b y   r o tatin g   th em   at  s p ec if ied   an g les.  T h au g m en ted   im ag es  th e n   u n d er g o   f ea t u r ex tr ac tio n   th r o u g h   th e   p r o p o s ed   li g h tweig h C NN  n etwo r k .   Fin ally ,   th im ag e     f ea tu r es  ar class if ied   u s in g   t h SVM  m o d el.   T h p er f o r m an ce   o f   DL   n etwo r k s   m ain ly   d ep en d s   o n   th eir   ar ch itectu r a n d   h y p e r p ar am et er s .   I n   th is   p ap e r ,   th e   C NN  s tr u ctu r is   d esig n ed   t o   b ala n ce   s im p licity   with   th e   ab ilit y   to   ex tr ac t   all  n ec ess ar y   f ea tu r es.   T h is   ar ch itectu r e   is   s u itab le  to   b d ep lo y e d   o n   d ev ices  with   lo w   h ar d war c o n f ig u r atio n s ,   s u c h   as  em b ed d ed   c o m p u te r s   o r   m o b ile  p h o n es.  A d d itio n ally ,   th o p tim al  t u n in g   p ar am eter s   f o r   b o th   th C NN  n etwo r k   an d   SVM  m o d el   ar d eter m in ed   b y   u s in g   th C R alg o r ith m .     T h s tr u ctu r o f   th e   p r o p o s ed   m o d el  in cl u d es  f iv c o n v o lu tio n al  lay er s   an d   two   f u lly   c o n n ec ted   la y er s ,   as  il lu s tr ated   in   Fig u r 5 ,   h er e,   k i,   m i,  f i,  a n d   n   r ep r es en th e   n u m b er   o f   f ilter s ,   s ize  o f   th e   f ilter ,     ac tiv atio n   f u n ctio n ,   an d   th n u m b er   o f   n e u r o n s ,   r esp ec tiv ely .   T h ese  ar tu n in g   p ar a m eter s   th at  r eq u ir e   o p tim izatio n .   T o   en h a n ce   p e r f o r m an ce   in   class if icati o n   p r o b lem s ,   f u s io n   o f   C NN  an d   SVM  is   p r o p o s ed .   I n itially ,   C NN  f u n ctio n s   as  th f ea tu r ex tr ac tio n   co m p o n e n t,  af ter   th at  th f ea tu r v ec to r s   ex tr ac ted   b y   th e   C NN  s er v as  in p u ts   f o r   th SVM.   T h is   f u s io n   is   ex p ec ted   to   tak th s tr en g th s   o f   b o th   m o d els:   C NN   ef f icien tly   ex tr ac ts   f ea tu r es  f r o m   im ag es,  wh ile  SVM  d em o n s tr ates  h ig h   ca teg o r ical  ac cu r ac y   wh en   th in p u d ata  is   ef f ec tiv ely   p r e p r o ce s s ed .   Fig u r 6   d ep icts   th in te g r at io n   o f   t h ese  two   m o d els.             Fig u r 5   T h ar ch itectu r e   o f   th p r o p o s ed   C NN     Fig u r 6 .   T h co m b in atio n   o f   t h p r o p o s ed   C NN  an d   SVM       T h tu n in g   p ar am eter s   o f   th e   p r o p o s ed   C NN  s u ch   as  1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , a n d   n     o r   C ,     an d   k e r n el  ty p o f   t h SVM  m o d el   ar e n co d e d   as  m o lec u le  s tr u ctu r ( s o lu tio n ) ,   a n d   t h en   th C R alg o r ith m   is   a p p li ed   to   f in d   t h g l o b al  m i n im u m   o f   th o b jectiv f u n ctio n .   I n   th is   ca s e,   th o b jectiv f u n ctio n   is   d ef i n ed   as  1   m in u s   ac cu r ac y   o r   1   d i v id ed   b y   ac c u r ac y .     T h p r o p o s ed   alg o r it h m   f o r   f in d in g   th b est  tu n in g   p ar a m eter s   o f   th C NN  an d   SVM  m o d els  ar p r esen ted   in   Alg o r ith m s   5   an d   6 ,   r esp ec tiv ely .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   4 4 7 - 4 5 8   454   Alg o r ith m   5 .   T h p r o p o s ed   al g o r ith m   f o r   C NN s   h y p e r p ar am eter   o p tim izatio n   Input Th ob je ct i ve   fu nc ti on     ac cu ra c y( te st   da ta se t) se ar ch   sp ac S,   im ag e   dataset, stopping criterion.   Output:  Optimal hyperparameters   1.   I n i t i a l   p a r a m e t e r s   o f   t h e   C R O   a l g o r i t h m   s u c h   a s   P o p S i z e ,   K E L o s s R a t e ,   M o l e C o l l ,   I n i t i a l   K E ,     δ ,   θ ,   a n d   b u f f e r .   2.   C r e a t e   t h e   i n i t i a l   p o p u l a t i o n   a c c o r d i n g   t o   A l g o r i t h m   4   a n d   f i n d   t h e   c u r r e n t   b e s t   s o l u t i o n   .       3.   R E P E A T     3 . 1 .   G e n e r a t e   a   r a n d o m   n u m b e r   b [ 0 , 1 ]   3 . 2 .   IF   b > M o l e C o l l   T H E N   3 . 3 .   R a n d o m   s e l e c t   o n e   s o l u t i o n   f r o m   t h e   p o p u l a t i o n   d e n o t e d   b y   s   3 . 4 .   IF   s . n u m B i t     s . m i n H i t   >   δ   T H E N   3 . 5 .   P e r f o r m   d e c o m p o s i t i o n   r e a c t i o n   a c c o r d i n g   t o   t h e   o p e r a t i o n   i l l u s t r a t e d   b y   a l g o r i t h m   2     3 . 6 .   E L S E   3 . 7 .   P e r f o r m   o n W a l l I n e f f e c t i v e C o l l i s i o n   r e a c t i o n   a c c o r d i n g   t o   t h e   o p e r a t i o n   i l l u s t r a t e d   b y   a l g o r i t h m   1   3 . 8 .   E N D I F   3 . 9 .   E L S E   3 . 1 0 .   S e l e c t   r a n d o m l y   t w o   s o l u t i o n s   f r o m   t h e   p o p u l a t i o n   d e n o t e d   b y   s 1   a n d   s 2     3 . 1 1 .   IF   1 .  <   A N D   2 .  <   T H E N   3 . 1 2 .   P e r f o r m   S y n t h e s i s   r e a c t i o n   a c c o r d i n g   t o   A l g o r i t h m   3   3 . 1 3 .   E L S E   3 . 1 4 .   P e r f o r m   I n t e r M o l e c u l a r I n e f f e c t i v e C o l l i s i o n   r e a c t i o n   a c c o r d i n g   t o   t h e   o p e r a t i o n   i l l u s t r a t e d   b y   a l g o r i t h m   1   3 . 1 5 .   E N D I F   3 . 1 6 .   T r a i n   a n d   t e s t   t h e   D L   m o d e l   w i t h   a   n e w   s o l u t i o n   b y   u s i n g   t h e   5 - f o l d   C V   t e c h n i q u e   f o r   c a l c u l a t i n g   t h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n     3 . 1 7 .   IF   a   b e t t e r   s o l u t i o n   i s   f o u n d   T H E N   3 . 1 8 .   U p d a t e   t h e   b e s t   s o l u t i o n   3 . 1 9 .   E N D I F   4.   U L T I L   S t o p   c r i t e r i o n   i s   m e t   5.   O b t a i n     f r o m   a   m o l e c u l e   o f   t h e   b e s t   s o l u t i o n   6.   T r a i n   a n d   t e s t   t h e   D L   m o d e l   w i t h   t h e       Alg o r ith m   6 .   T h p r o p o s ed   al g o r ith m   f o r   th e   SVM s   h y p er p ar am eter   o p tim izatio n   Input : Trained DL, search space S, image dataset, the objective function f.   Output:  SVM s   Optimal hyperparameters   1.   Initial  parameters  of  the  CRO  algorithm  such  as  PopSize,  KELossRate,  MoleColl,  Initial  KE,  δ, θ, and buffer.   2.   Cr ea te   th in it ia po pu la ti on   ac co rd in to   Al g or it hm   an fi nd   th e   cu rr en be st   solution  .     3.   featureSet = {}   4.   FOREACH   img IN imageSet DO   4.1.   Calcul at th ou tp ut   of   th FC (n ,f 6)   la ye of   th tr ai ne mo de wi th   th im input as a feature vector.   4.2.   Append feature vector into featureSet   5.   ENDFOR   6.   REPEAT    6.1.   Generate a random number b [ 0 , 1 ]   6.2.   IF   b>MoleColl  THEN   6.3.   Random select one solution from the population denoted  by s   6.4.   IF   s.numBit    s.minHit > δ  THEN   6.5.   Perform  decomposition  reaction  according  to  the  operation  illustrated  by  algorithm 2.    6.6.   ELSE   6.7.   Perform  onWallIneffectiveCollision  reaction  according  to  the  op eration  illustrated by algorithm 1   6.8.   ENDIF   6.9.   ELSE   6.10.   Select  randomly two solutions from the population denoted by s 1   and s 2     6.11.   IF   1 .  <   AND   2 .  <   THEN   6.12.   Perform Synthesis reaction according to Algorithm 3   6.13.   ELSE   6.14.   Perform  InterMolecularIneffectiveCollision   reaction  according  to  the  oper ation   illustrated by algorithm 1   6.15.   ENDIF   6.16.   Tr ai an te st   th SV m od el   on   th fe at ur eS et   wi th   ne so lu ti on   by   us in th 5 - fold CV technique for calculating the objective function    6.17.   IF   a better solution is found  THEN   6.18.   Update the  best solution   6.19.   ENDIF   7.   ULTIL   Stop criterion is met   8.   Obtain    from a molecule of the best solution   9.   Train and test the SVM model with the    on the featureSet.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       R ec o g n itio n   o f p la n t le a f d is ea s es b a s ed   o n   d ee p   lea r n in g     ( N g h ien   N g u ye n   B a )   455   3.   E XP E R I M E N T   R E SU L T S AN DIS CUSS I O N   T h p r o p o s ed   s o lu tio n   h as  b e en   ex p er im e n ted   o n   th Plan t Villag d ataset,   co llected   b y   Hu g h es  an d   Salath [ 2 6 ] .   T h is   d ataset  is   h ig h ly   r en o wn ed ,   en co m p a s s in g   m o r th a n   5 0 , 0 0 0   im a g es,  an d   h as  b ee n   ex ten s iv ely   u tili ze d   b y   ex p e r ts   f o r   p lan d is ea s d iag n o s is .   T h Plan tVillag co m p r is es  3 8   im ag e   class e s   d ep ictin g   d is ea s s y m p to m s   o n   leav es  a n d   1   im a g class   with o u leav es.  Du e   to   h ar d w ar lim itatio n s ,   th e   au th o r s   r estricte d   th eir   ex p er i m en to   u s in g   o n ly   1 0 0   im ag e s   p er   class .   So m im ag es  o f   p lan leaf   d is ea s es  ar illu s tr ated   in   Fig u r 7 .   Deta ils   o n   th d ataset  u s ed   in   th ex p e r im en t a r s u m m a r ized   in   T a b le  1 .           Fig u r 7 .   So m e   im ag es o f   p lan t le af   d is ea s es       T ab le  1 .   Su m m a r y   o f   th e x p e r im en ted   d ataset   N u mb e r   o f   c r o p   t y p e   N u mb e r   o f   p l a n t   l e a f   d i s e a s e s   N u mb e r   o f   sam p l e s   N u mb e r   o f   c l a sse s   I mag e   si z e   14   26   3 8 9 9   39   1 2 8 × 1 2 8 × 3       T h s ea r ch   s p ac es,  S1   f o r   th e   h y p e r p ar am eter s   o f   t h p r o p o s ed   C NN  an d   S2   f o r   th o s o f   th SVM   m o d el  in   th e   ex p er im en t,  ar s et  u p   as f o llo ws :     1 = 1 2 3 4 5 = 32 64 128 256 64 128 256 512 128 256 512 1  128 256 512 1024 3  256 512 1024 1024 2048 2048 4096 5 7    512 1024   ( 9 )     2 =  = [ 1 , 10 ] [ 0 . 0001 , 1 . 0 ]       ( 1 0 )     T h ac cu r ac y   p r e d ictio n   m etr i c,   d ef in ed   in   ( 1 1 ) ,   is   u s ed   t o   e v alu ate  th p er f o r m a n ce   o f   th e   p r o p o s ed   m o d el .       =                            ( 1 1 )     Hy p er p ar a m eter s   , , , , ,  ,        ar f o u n d   b y   th e   C R O   alg o r ith m .   T h in itial  p ar a m eter s   o f   th e   C R alg o r ith m   ar e   s et  as  Po p Size= 1 0 ,   KE L o s s R ate= 0 . 1 ,   Mo leC o ll=0 . 1 ,   I n itial KE =1 0 0 ,   δ   =5 0 0 ,   θ =1 0 ,   an d   b u f f er =0 .   T h s u g g ested   alg o r ith m   is   i m p lem en ted   u s in g   Py t h o n   p r o g r am m in g   lan g u ag e   o n   Go o g le   C o lab .   T h p r o p o s ed   DL   is   im p lem e n ted   b y   T en s o r Flo a n d   Ker a s   f latf o r m .   T h SMV  m o d el   is   im p lem en ted   u s in g   th Sk lear n   f r am ew o r k .   T h e   au th o r s   im p lem en ted   th C R alg o r ith m .   T h e   p r o p o s ed   C NN  is   tr ain ed   u s in g   E ar ly Sto p in g ,   R ed u ce L R On P latea u ,   an d   th 5 - f o ld   C tech n iq u es.  T h SVM  m o d el  i s   tr ain ed   u s in g   th e     5 - f o ld   C tech n i q u e.   T h e   tu n in g   p a r am eter s   o f   t h C NN  m o d el  wer e   f o u n d   b y   r u n n in g   t h C R alg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   4 4 7 - 4 5 8   456   im p lem en ted   b y   alg o r ith m   5   a r m 1   m 2   =   m 3   m 4   m 5   1 ,   k 1   3 2 ,   k 2   6 4 ,   k 3   1 2 8 ,   k 4   2 5 6 ,   k 5   =   512 ,   n   5 1 2 ,   f 1   f 2   f 3   f 4   f 5   f 6   R eL U   ( r ec tifie d   li n ea r   u n it )   T h i s   f i n d i n g   i s   r e a s o n a b l e   b e c a u s e   i t   i s   w e l l - s u i t e d   t o   n u m e r o u s   D L   f r a m e w o r k s   a n d   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r s ,   w h i c h   a r e   t a i l o r e d   f o r   o p t i m i z i n g   p o w e r - of - t w o   d i m e n s i o n s .   I n   a d d i t i o n ,   g r a d u a l l y   i n c r e a s i n g   t h e   n u m b e r   o f   f i l t e r s   i n   d e e p e r   l a y e r s   e n a b l e s   t h e   n e t w o r k   t o   c a p t u r e   i n c r e a s i n g l y   i n t r i c a t e   f e a t u r e s   a n d   p a t t e r n s .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   p r o p o s e d   C N N   m o d e l ,   w i t h   t h e   i d e n t i f i e d   c o n f i g u r a t i o n ,   c o n v e r g e d   q u i c k l y ,   a c h i e v i n g   1 0 0 %   a c c u r a c y   i n   t h e   t r a i n i n g   p h a s e   a f t e r   a p p r o x i m a t e l y   3 0   e p o c h s .   T h i s   i s   d e m o n s t r a t e d   i n   F i g u r e s   8   a n d   9 ,   w h i c h   i l l u s t r a t e   t h e   a c c u r a c y   a n d   l o s s   f u n c t i o n   v a l u e s   o v e r   e a c h   e p o c h   d u r i n g   t h e   t r a i n i n g   p h a s e .   T h tu n i n g   p ar am eter s   o f   t h SVM  wer d eter m in e d   b y   ap p ly in g   t h C R alg o r ith m   im p lem en ted   b y   th e   Alg o r ith m   6   a r C =1 0 ,     0 . 7 6 0 6 5 ,   an d   th e   k er n el   is   lin ea r .   T o   ass ess   th ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s e d   m o d el  in   co m p ar is o n   to   o th er s ,   th au th o r s   co n d u cted   ex p e r im en ts   u s in g   two   wid ely   r ec o g n ized   m o d els  f o r   co m p u ter   v is io n VGG1 6   a n d   Mo b ileNetV2 ,   b o t h   p r e - tr ain ed   o n   t h I m a g eNe d ataset  f o r   tr an s f er   lear n in g .   T ab le  2   p r esen ts   th e   co m p ar is o n   r esu lts   f o r   t h ac cu r ac y   p r ed ictio n   m etr ic   in   t h tr ain in g   an d   test in g   p h ases ,   an d   Fig u r 1 0   g r a p h ically   d is p lay s   th is   p er f o r m a n ce   m etr ic .   T h r esu lts   s h o th at  th co m b in atio n   o f   C NN  an d   SVM  in   th p r o p o s ed   m o d el  h as  im p r o v ed   th class if icatio n   ac cu r ac y   f r o m   9 2 . 8 1 t o   9 9 . 1 8 co m p a r ed   to   u s in g   o n ly   th C NN  m o d el.   Fu r th er m o r e,   th s im p le  C NN  ar ch itectu r with   h y p er p a r a m eter s   is   o p tim ized   to   attain   b etter   r esu lts   th an   co m p lex   C NN  ar ch itectu r s u c h   as  VGG1 6   an d   Mo b ileNet V2 .   I n   ad d itio n ,   th e   p r o p o s ed   m o d el  is   cu s to m - b u ilt  lig h tweig h C NN,   r esu ltin g   in   s h o r ter   tr ain i n g   tim es  co m p ar ed   t o   VGG1 6   an d   M o b ileNetV2 .   T h tr ai n in g   tim e   o f   th e   p r o p o s ed   C NN  m o d e is   1 3 9 7 . 0 4   s ec o n d s ,   w h er ea s   th e   VGG1 6   an d   Mo b ileNetV2   m o d els to o k   1 4 6 9 . 1 3   an d   2 3 2 9 . 7 5   s ec o n d s ,   r esp ec tiv ely .             Fig u r 8 .   Acc u r ac y   class if icatio n   o v e r   ep o ch     Fig u r 9 .   E r r o r   o v er   ep o c h       T ab le  2 .   T h m o d el s   class if ic atio n   ac cu r ac y   S t r u c t u r e   Tr a i n i n g   sam p l e   ( %)   Te st   sam p l e   ( %)   Th e   p r o p o s e d   C N N   1 0 0 . 0 0   9 2 . 8 1   Th e   c o m b i n a t i o n   o f   t h e   p r o p o se d   C N N   a n d   S V M   1 0 0 . 0 0   9 9 . 1 8   V G G 1 6   9 9 . 6 3   8 9 . 7 6   M o b i l e N e t V 2   9 8 . 2 7   9 0 . 5 3           Fig u r 1 0 .   T h ac c u r ac y   p r ed i ctio n   in   th tr ain i n g   a n d   test in g   p h ase   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.