I A E S  I n t e r n at io n al  Jou r n al  of  A r t if ic ia l  I n t e ll ig e n c e  ( I J - A I )   V ol . 13, No. 4,  D e c e m be r  2024 , pp.  3930 ~ 3941   I S S N :  2252 - 8938 ,   D O I :  10.11591/ ij a i. v13.i4.pp 3930 - 3941          3930     Jou r n al  h om e page :  ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   U si n g   p at t e r n  m i n i n g   t o d e t e r m i n e  f i n e  c l i m at i c  p ar am e t e r s f or   m ai z e  yi e l d   i n   B e n i n       S ou an d  P e ac e  G lo r ia  T ah i 1 , V in as e t an  R at h e il  H o u n d j i 2 , C a s t r o G b ê m ê m al i  H ou n m e n ou 1 ,    R om ai n   G lè lè   K ak aï 1   1 L a bor a t oi r e  de  B i om a t hé m a t i que s   e t  d’ E s t i m a t i ons  F or e s t i è r e s , F a c ul t y of  A gr onom i c  S c i e nc e s ,  U ni ve r s i t y of  A bom e y - C a l a vi ,  C ot onou, B e ni n   2 I ns t i t ut   de  F or m a t i on e t  de  R e c he r c he  e n I nf or m a t i que , U ni ve r s i t y of  A bom e y - C a l a vi , C ot onou, B e ni n       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e d  D e c  3, 2023   R e vi s e d  M a r  29, 2024   A c c e pt e d  A pr  17, 2024       This  study  investigates  the  relationships  between   Benin' s   climate  and   maize  production  to  develop  an  association  rule  algorithm  for  accurate   yield  prediction.  The  datasets  utilized  extend  26  years   (1995  to  2020)   and  i nclude  climate  and  maize  yield   data  from  five   distri cts  with   synopt ic  weather  stations  in  two  agroclimatic   zones  (Sudanian  and   Sudano - Guinean).  C limate  variables  were  combined  with  yield   using  " year "   and  " districts"   to   fi nd  the  associati on  rules.  Several  techniqu es   were  used   to  determin e   the  corr elation  between  weather  parameters  and  maize  yields:  support  vector  machines,  K  nearest  neighbor,  artificial  neural   networks,  decision  trees,   and   re current  neural  networks.  The  most  performed  method  was   the  decisio n  tree  (R2= 0.998,  mean  squared  error  ( MSE ) = 0.021,  and  mean  absolute  error  ( MAE ) = 0.0008).  This  model  is  difficult  to  understand,  though   the  fr equent  pattern  growth  technique  was  then  applied  to  the  dataset  to  facilitate  the  discovery  of  the  rules.  The   Sudano - Guinean  zone  exhibits  high   maize   yields  for  medium  minimum  and   maximum  temperature   values,  r ainfall,  evapotrans piration ,  and  humidi ty.  In   the  Sudanian   zone,   medium  mi nimum  and  maximum  temperatures   and  maximum  humidity   levels  are   ass ociated  with  high  maize  yields.  The  discovered  association  rules  showe d  that  optimizing maize output  might be done  dependa bly and ef fectively.     K e y w o r ds :   A s s oc ia ti on r ul e s   C li m a ti c  pa tt e r n   M a c hi ne  l e a r ni ng   Y ie ld  pr e di c ti on   Z e a  m a ys   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   S oua nd P e a c e  G lo r ia  T a hi   L a bor a to ir e  de  B io m a th é m a ti que s  e t  d’ E s ti m a ti ons  F or e s ti è r e s ,  F a c ul ty  of  A gr onomi c   S c ie nc e s   U ni ve r s it y of  A bom e y - C a la vi   04 B P  1525 C ot onou, B é ni n   E m a il :  s oua ndt a hi @ gm a il .c om       1.   I N T R O D U C T I O N   A gr ic ul tu r e   is   th e   pr im a r y s our c e   of  e c onomi c   gr ow th   in   m os t  de ve lo pi ng  c ount r ie s .   A c hi e vi ng  f ood   s e c ur it y  r e qui r e s ,   a m ong  ot he r s ,   a n   in c r e a s e   in   c r op  pr oduc ti o n.  H ow e ve r ,  s e ve r a l   f a c to r s   li m it   c r op   yi e ld s :  c li m a te ,  s oi l  c om pos it io n,  f e r ti li z e r   us e ,  r e s our c e   a v a il a bi li ty ,  a nd  pol it ic a l  a nd   s o c io e c onomi c   v a r ia bl e s   [ 1] .  N e ve r th e le s s ,   c li m a te   c ha nge   r e m a in s   th e   pr im a r y  c a u s e   r e s tr ic ti ng  a gr ic ul tu r a l  yi e ld   [ 2] .  I t  le d  to   s ig ni f ic a nt   di s r upt io ns   in   c e r ta in   r e gi ons   [ 3] ,  th e r e by  a f f e c ti ng  a gr ic ul tu r a l  pr oduc ti vi ty .  N ow a da ys ,  it   i s   no  lo nge r   pos s ib le   f or   a   f a r m e r   to   pr oduc e   w it hout   knowing  th e   yi e ld   f or e c a s t,   w hi c h  s ugg e s ts   a dopt in g  s m a r t   a gr ic ul tu r e .  S ta ti s ti c a l  a nd  c om put a ti ona l   te c hni que s   a r e   in c r e a s in gl y  us e d  by  f a r m e r s ,  a gr onomi s ts ,  a nd   pol ic ym a ke r s   f or   de c is io n - m a ki ng  [ 4] .  F o r   th is   r e a s on,  pr e di c ti ng  c li m a te   c ha nge   im pa c ts   on  c r op  yi e ld s ,   e c onomy, a nd t he  e nvi r onm e nt  f r om  hi gh - pr e c is io n m ode ls  be c om e s  ne c e s s a r y  [ 5] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll     I S S N :  2252 - 8938       U s in g patt e r n m in in g t o de te r m in e  f in e  c li m at ic  par am e te r s  f or   m ai z e  y ie ld   …   (   Souand P e ac e  G lo r ia  T ahi )   3931   C r op  yi e ld   tr e nds   us ua ll y  f ol lo w   th e   non - li ne a r   pr oc e s s .  M a c hi ne   le a r ni ng  ( M L )   m a y  th e n  be   c ons id e r e d  a s   a n  a ppr opr ia te   m e th od  f or   m ode li ng  c r op  yi e ld s   [ 6] ,  [ 7] .  I nde e d,  th e   pr og r a m   us e s   a r ti f ic ia l  in te ll ig e nc e   to   m a ke   th e   c or r e la ti ons   be twe e n  th e   in put   a nd   out put   va r ia bl e s   non - li ne a r   [ 8] .  N ow a da ys ,  s upe r vi s e d  ML   te c hni que s   h a ve   ga in e d  s ig ni f ic a nt   r e c og ni ti on  in   c r op  yi e ld   p r e di c ti on,  le ve r a gi ng   s ophi s ti c a te d   m ode ls   s uc h   a s   de e p   ne ur a l  n e twor ks   [ 9] – [ 11] .  T he s e   a dva nc e d   m e th ods   e xc e l  a t   c a pt ur in g  in tr ic a te   pa tt e r ns   w it hi n  a gr ic ul tu r a l  da ta .  N e ve r th e le s s ,  th e s e  m e th ods   a r e   in tr ic a te ,  a nd  th e ir   c om pl e xi ty   li e s   in   th e ir   in te ns iv e   tr a in in g  r e qui r e m e nt s   a nd  im pl e m e nt a ti on,  of t e n  ne c e s s it a ti ng  la r ge   da ta s e ts   a nd s ubs ta nt ia l   c om put a ti ona l  r e s our c e s .  D e s pi te   th e ir   e f f e c ti ve ne s s ,  th e ir   la c k  of   in te r pr e ta bi li ty   c a n  pos e   a   c ha ll e nge .  I nt e r pr e ti ng  r e s ul ts   r e m a in s   a   s ig ni f ic a nt   c ha ll e nge   w it h  ML   te c hni que s .  O ne   s uc h  e xa m pl e   is   de c is io n  tr e e s   ( D T ) ,  w hi c h  of f e r   s om e   in te r pr e ta bi li ty   by  pr oduc in g  s im pl e   r ul e s   in   th e   f or m   of   a   tr e e .  B ut ,  th e   m or e   c om pl e x  th e   tr e e ,  th e   ha r de r   it   is   to   in te r pr e t.   H ow e ve r ,  th e r e   is   unt a ppe d  pot e nt ia l  f or   ot he r   M L   te c hni que s ,  s uc h  a s   a s s oc ia ti on  r ul e s , w hi c h  a r e   unde r u s e d  in   c r op  yi e ld   pr e di c ti on.  T hi s   p a pe r   f oc us e s   on  th e  a s s o c ia ti on  r ul e s   a lg or it hm s ,  us e d  to   f in d  uns e e n  or   de s ir e d  p a tt e r ns   in   la r g e   da ta s e t s .  W id e ly   u s e d  in   ot he r   f ie ld s  s uc h  a s   tr a ns a c ti ona l  da ta s e ts   [ 12] ,  a s s oc i a ti on  r ul e s   of f e r   th e   pos s ib il it y  of   di s c ove r in g  c or r e la ti ons   be tw e e n  va r io us   a gr onomi c ,  m e te or ol ogi c a l,   a nd  e nvi r onm e nt a l  pa r a m e te r s ,  to   f in d  th e   r e la ti ons   a m ong   va r ia bl e s .  T hi s   s tu dy  br id ge s  t he  ga p be twe e n t he  pr e s e nt - da y s ta tu s  of  t he  a r t  in  c r op yie ld  pr e di c ti on a nd t he  oppor tu ni ti e s  of f e r e d   by a s s oc ia ti on r ul e s .   T he r e   a r e   s e ve r a l  a lg or it hm s   to   s e a r c h  a s s oc ia ti on  r ul e s ,  s u c h  a s   A pr io r i  ( A A ) ,  e c la t,   f r e que nt   pa tt e r n  gr ow th   ( F P G ) ,  a nd  r a pi d  a s s oc ia ti on  r ul e   m in in g  ( R A R M ) .  S om e   pr e vi ous   w or ks   a ppl ie d  pa tt e r n - f in di ng  te c hni que s   in   a gr ic ul tu r e .  F or   e xa m pl e ,  K a ur   a nd  A tt w a l   [ 13]   us e d  a s s oc ia ti on  r ul e s   te c hni que s   to   e va lu a te   th e   e f f e c t  of   te m pe r a tu r e   a nd   pr e c ip it a ti on  on  r ic e   y ie ld   in   I ndi a .  T h e y  c onc lu d e d  th a t  r ic e   yi e ld   de pe nds   on  te m pe r a tu r e .  I n  K e nya ,  S il a s   a nd  N de r u  [ 14]   us e d  th e   A pr io r i  a lg or it hm   to   pr e di c t  te a   pr oduc ti on   a nd  c onc lu de d  th a t  hi gh  pr oduc ti on  is   li ke ly   to   e xt e nd  in to   J a nua r y  a nd  D e c e m be r .  I n  P a ki s t a n,  S upr o  [ 15] ,  us in g  a s s o c ia ti on  r ul e s   a nd  a r ti f ic ia l  ne ur a l  ne twor k  ( A N N ) ,  r e ve a le d  th a t  r ic e   yi e ld   is   hi gh  w h e n  th e   te m pe r a tu r e   is   hi gh,  a nd  hum id it y  i s   m e di um .  M or e ov e r ,  th e   r e la ti ons hi p  be twe e n   te m pe r a tu r e ,  r a in f a ll ,  s oi l   ni tr oge n,  a nd  r ic e   p r oduc ti on  w a s   a s c e r ta in e d  by  R a o  e t  al .   [ 1]   us in g  A pr io r i,   E c la t,   a nd  A pr io r iT id .  T he y   f ound  th a t  th e   A pr io r i  a lg or it hm   out pe r f or m e d  th e   ot he r   two  a lg or it hm s   to   f in d  th e   r e la ti ons hi p  be twe e n   w e a th e r   pa r a m e te r s   a nd  m a iz e   yi e ld s .  S a la nka r   e t  al .   [ 16]   us e d  A pr io r i,   F P G ,   a nd  c lu s te r in g  to   p r opos e   a   s ol ut io n f or  c r op s ugge s ti on a t  a  c r op s e t.  T he y ob s e r ve d t ha t  th e  pr opos e d a ppr oa c h e f f e c ti ve ly  s ugge s te d t he   be s t  c r op t o gr ow  ba s e d on e nvi r onm e nt a l  f a c to r s .   T hi s   pa pe r   in ve s ti ga te s   th e   a s s oc ia ti on  r ul e s   be twe e n  c li m a te   p a r a m e te r s   a nd  yi e ld   to   pr e di c t  m a iz e   yi e ld   in   B e ni n  ( W e s t  A f r ic a ) .  M a i z e   is   in d e e d  a n  im por ta nt   c e r e a l  c r op  in   pe opl e ’ s   di e t s   w or ld w id e ,  pa r ti c ul a r ly   in   W e s t  A f r ic a   [ 17] .   A nnua l  m a iz e   c ons um pt io n  in   B e ni n  is   55   kg/ c a pi ta   [ 18] ,  r a nki ng  th e   c ount r y  a t  th e   to p  of   c ount r ie s   w it h  hi gh  m a iz e   c on s um pt io n.  H ow e ve r ,  f ol lo w in g  th e   e f f e c ts   of   c li m a te   c ha nge ,  a   gr a dua l  de c li n e   in   yi e ld s   a nd  pr oduc ti on  vol um e   ha s   be e n  ob s e r ve d  in   r e c e nt   ye a r s   [ 18] .  I t  is   th e r e f or e   ur ge nt   to   de te r m in e   th e   r ul e s   b e twe e n c li m a te   pa r a m e te r s   a nd  yi e ld .   F or   th is   pur pos e ,  i)   m a iz e   yi e ld   is   pr e di c te d  f r om   di f f e r e nt   s upe r vi s e d  M L   m e th ods ,  ii )   th e   d a ta s e t  is   a ugm e nt e d  f r om   th e   b e s t - id e nt if ie d  m e th od, a nd i ii )   th e  ge ne r a te d da ta  i s  us e d t o e s ta bl i s h t he  a s s oc ia ti on r ul e s  f r om  t he  F P G  a lg or it hm .   T he   r e s t  of   th e   pa pe r   is   or ga ni z e d  a s   f ol lo w s .  S e c ti on  2  pr e s e nt s   th e   da ta   c ol le c ti on  m e th odol ogy,   ge ne r a ti on,  a nd  a na ly s is .  T he n  s e c ti on  3  de a ls   w it h  th e   m a in   r e s ul ts   obt a in e d  a nd  di s c us s io n.  F in a ll y,    s e c ti on 4 f oc us e s  on t he  c onc lu s io n.       2.   M E T H O D   2.1.  Dat a c ol le c t io n  an d  p r e p r oc e s s in g   2.1.1. Dat as e t  c on s id e r e d   S e c onda r y  da ta   f r om   two  a gr oc li m a ti c   z one s   in   B e ni n  ( S uda ni a n  a nd  S uda no - G ui ne a n)   a r e   us e d  to   a s s e s s   c li m a ti c   f a c to r s   a nd  m a iz e   yi e ld   r e la ti ons hi ps   in   B e ni n.  T he s e   da t a   w e r e   obt a in e d  ove r   26  ye a r s   f r om   1995  to   2020  in   f iv e   s ynopti c   w e a th e r   s t a ti ons   lo c a t e d  in   th e   S uda no - G ui ne a n  z one   ( B ohi c on  a nd  S a ve   di s tr ic ts )   a nd  S uda ni a n  z one   ( P a r a kou,  N a ti ti ngou,  a nd   K a ndi   di s tr ic ts ) .  D a ta   c ove r   va r ia bl e s   s uc h  a s   e va pot r a ns pi r a ti on  ( m m ) ,  s uns tr oke   ( h) ,  r a in f a ll   ( m m ) ,  m in im u m   a nd  m a xi m um   te m pe r a tu r e s   ( °C ) ,  m in im um   a nd  m a xi m um   hum id it y  ( % ) ,   a nd  ove r a ll   m a iz e   yi e ld   ( kg/ h a ) .  T he   c li m a te   da ta   ( te m pe r a tu r e ,  hum id it y,   r a in f a ll ,  s uns tr oke ,  e va pot r a ns pi r a ti on)   a r e   obt a in e d  a t  th e   “ A ge nc e   pour   la   S e c ur it é   de   la   N a vi ga ti on  A é r ie nne  e n A f r iq ue  ( A S E C N A ) ”  i n  B e ni n. T he  a nnua l  m a iz e  yi e ld  da ta  l in ke d t o t he  di s tr ic ts  a r e  obt a in e d a t   th e   “ D ir e c ti on  de s   S ta ti s ti que s   A gr ic ol e s   ( D S A ) ” .  F ur th e r m or e ,  da il y  da t a   on  c li m a te   va r ia bl e s   a nd   a nnua l   yi e ld s   a r e   a ls o  obt a in e d  f r om   D S A .  I n  B e ni n,  m a iz e   is   c ul ti va t e d  f r om   m id - A pr i l  to   m id - O c to be r   ( 7  m ont hs ) .   H e nc e ,  onl y  da ta   c ove r in g  th e   pr oduc ti on  pe r io d  a r e   c ol le c te d ,  1 , 503  da il y  c li m a te   r e c or ds .  F r om   th e   da il y  da ta ,  a ve r a ge d  m ont hl y  c li m a te   da ta   is   a ggr e g a te d  to   yi e ld   da ta   f or   e a c h  ye a r   a nd  th e   di s tr ic t.   F in a ll y,  875   obs e r va ti ons   a r e   ut il iz e d  f or   th e   a na ly s is .  F ig ur e   1   di s pl a y s   t he   di s tr ib ut io n  of   th e   c li m a te   pa r a m e te r s   by   di s tr ic ts .  E va pot r a ns pi r a ti on  w a s   hi gh  in   th e   K a ndi   di s tr ic t  s ho w n  in   F ig ur e   1 ( a ) ,  w hi le   r a in f a ll   w a s   hi ghe r   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :  2252 - 8938   I nt  J  A r ti f  I nt e ll , V ol . 13, No. 4, D e c e m be r  2024:  3930 - 3941   3932   th e   N a ti ti ngou  a nd  K a ndi   di s tr ic ts   s how n  in   F ig ur e   1( b) .  S uns tr oke   s how n  in   F ig ur e   1( c )   a nd  te m pe r a tu r e   s how n  in   F ig ur e s   1( d)   a nd   1( e )   ove r   th e   la s t   26  ye a r s   w e r e   a ls o  hi gh  in   th e   K a ndi   di s tr ic t.   B ohi c on   a nd   S a vè   ha d  th e   hi ghe s t  m a xi m um   hum id it y  s how n  in   F ig ur e   1( f ) ,  w hi le   N a ti ti ngou,  S a vè ,  a nd  B ohi c on  r e c or de d  th e   hi ghe s t  m in im um   hum id it y  le ve ls   s how n  in   F ig ur e   1( g) .  R e ga r di ng  m a iz e   yi e ld ,  K a ndi   ha d  th e   hi ghe s t  va lu e ,  f ol lo w e d by B ohi c on a nd N a ti ti ngou  s how n i n  F ig ur e  1( h) .           ( a )     ( b)         ( d)     ( c )         ( e )     (f)         ( g)   ( h)     F ig ur e  1. T he  di s tr ib ut io n of  c li m a te  a nd yie ld  pa r a m e te r s  f or  t he  1995 - 2020 pe r io d l in ke d t o e a c h di s tr ic t.     ( a )  e va pot r a ns pi r a ti on, ( b)  r a in f a ll ,  ( c )  s uns tr oke , ( d)  m a xi m um   te m pe r a tu r e , € mi ni m um  t e m pe r a tu r e ,    ( f )  m a xi m um  humi d it y, ( g)  m in im um  humi di ty ,  a nd  ( h )  M a iz e  yi e ld     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll     I S S N :  2252 - 8938       U s in g patt e r n m in in g t o de te r m in e  f in e  c li m at ic  par am e te r s  f or   m ai z e  y ie ld   …   (   Souand P e ac e  G lo r ia  T ahi )   3933   a )  M a iz e  yi e ld  da ta s e t   T he   m a iz e   yi e ld   tr e nd  by  he c ta r e   f or   26   ye a r s   is   s im il a r   f o r   B o hi c on,  K a ndi ,  a nd  N a ti ti ngou.  T hi s   is   a  dow nw a r d t r e nd f or  K a ndi , w it h t he  pe a k note d i n 1997  ( 2 , 00 0 kg/ha ) , w hi le  B ohi c on   pr e s e nt s  a  c ont r a s ti ng   tr e nd  w it h  3  pe a ks   in   1997  ( 1 , 480  kg/ ha ) ,  2007  ( 1 , 630  kg/ h a ) ,  a nd  2015  ( 1 , 900  kg/ ha )   ha ) ,  r e s pe c ti ve ly   s how n  in   F ig ur e   2.  M a iz e   yi e ld   in   N a ti ti ngou  a ls o  s how s   a   bi m oda l  tr e nd,  w it h  pe a ks   in   2007  ( 1 , 700  kg/ ha )   a nd 2012 ( 1 , 800 kg/ha ) . P a r a kou a nd  s a ve   r e c or de d t he  l ow e s t  m a iz e  yi e ld   s how n i n  F ig ur e  2.           F ig ur e  2. T e m por a l  va r ia ti on i n m a iz e  yi e ld  i n K a ndi , P a r a kou, S a ve , N a ti ti ngou, a nd B ohi c on       b)  T r e nd of  c li m a ti c  pa r a m e te r s  i n t he  pr oduc ti on s e a s on f r om  1995 to 2020 i n t he  s tu dy a r e a s   D ur in g  th e   la s t  26  ye a r s ,  K a ndi   h a s   r e gi s te r e d  a   hi gh  pot e nt ia l  f or   e va pot r a ns pi r a ti on  c om pa r e d  to   th e   ot he r   di s tr ic ts   s how n  in   F ig ur e   3( a ) .  A   m a r ke d   in c r e a s e   w a s   r e c or de d  in   1995  a nd  2000,   w he r e a s   a   pr onounc e d  de c li ne   w a s   r e gi s te r e d  in   2001.  I t  w a s   c ons ta nt   f r om   1995  to   2011  ( E T P = 2.286   m m )   be f or e   r e a c hi ng  a   pe a k  of   5.1  m m   in   2020.  O v e r a ll ,  K a ndi   s how e d  t he   hi ghe s t  e va pot r a ns pi r a ti on  va lu e s ,  w h e r e a s   B ohi c on  r e c or de d  th e   lo w e s t  tr e nds .  R e g a r di ng  th e   r a in f a ll ,  s im il a r   tr e nds   w e r e   not ic e d  f or   th e   di s tr ic ts   c ons id e r e d.  P a r a kou  a nd  N a ti ti ngou  r e c or de d  r e la ti ve ly   hi gh  r a in f a ll   va lu e s ,  w he r e a s   s a ve   a nd  B ohi c on s how   th e   lo w e s t  tr e nd s   s ho w n  in   F ig ur e   3( b) .  S uns tr oke   s how s   th e   s a m e   tr e nds   a s   e v a pot r a ns pi r a ti on  s how n   in   F ig ur e   3( c ) .  F r om   1995  to   2000,  S a ve ,  B ohi c on,  K a ndi ,  a nd  P a r a kou  r e c or de d  th e   lo w e s t   m a xi m um   te m pe r a tu r e   va lu e s `   unde r   25   °C ,   a nd  s im il a r   a nd   f lu c tu a ti ng  t r e nds   be twe e n  32   °C   a nd  35   °C   f r om   2000  t o   2020  s how n  in   F ig ur e   3( d) .  R e ga r di ng  th e   m in im um   te m pe r a tu r e s ,  S a ve ,  N a ti ti ngou,  a nd  P a r a kou  s how   s im il a r  t r e nds  ove r  t he  a gr ic ul tu r a l  s e a s ons  f or  t he  l a s t  26 ye a r s , w he r e a s  B ohi c on a nd K a ndi  r e c or de d s im il a r   f lu c tu a ti ons   s how n  in   F ig u r e   3( e ) .   H ow e ve r ,  th e   m in i m um   te m pe r a tu r e s   r e m a in e d  hi ghe r   in   K a ndi   c om pa r e d   to   ot he r   di s tr ic ts .  T he   tr e nd  w a s   r e la ti ve ly   hi gh  f or   th e   B ohi c on  di s tr ic t  r e ga r di ng  th e   m a xi m um   a nd  m in im um   hum id it y.  D ur in g  2013,  m a xi m um   hum id it y  in   S a vè   pe a ke d  a t  96.64%   s how n  in   F ig ur e   3( f ) ,  w hi le   m in im um   hum id it y  pe a ke d  in   2011  a nd  2014  s how n  in   F ig ur e   3( g) .  S im il a r ly ,  th e   m a xi m um   a nd  m in im u m   hum id it y  w e r e   r e la ti ve ly   lo w   in   th e   K a ndi   di s tr ic t.   I n  N a ti ti ngo u,  m a xi m um   hum id i ty   ha s   be e n  pr ogr e s s iv e ly   de c r e a s in g s in c e  2008.       2.1.2. Dat a ge n e r at e d   N e w   w e a th e r   a nd  yi e ld   d a ta   w e r e   ge ne r a te d  f or   e a c h  of   th e   f i ve   di s tr ic ts   in   a gr o - c li m a ti c   z one s   to   pr ovi de   r e li a bl e   a s s oc ia ti on  r ul e s   f or   hi gh  m a iz e   yi e ld .  T hi s   s im ul a ti on  us e d  th e   s upe r vi s e d  le a r ni ng  m ode l  w it h  R 2 =0 . 99  a nd  M A E =0 . 0008 .  T hus ,  th e   in put   v a r ia bl e s   o f   ge ne r a te d  da ta   ( c li m a te   pa r a m e te r s )   f ol lo w   di s tr ib ut io ns  a nd pa r a m e te r s  s im il a r  t o t hos e  i n t he  a c tu a l  da ta .  T e n t hous a nd ( 10,000)  obs e r va ti ons  ha ve  b e e n  ge ne r a te d  f or   e a c h  di s tr ic t  in   bot h  a gr o - c li m a ti c  z one s .   D a ta   va r ia bl e s   w e r e   e nc ode d   in   or di na l  ( lo w ,  m e di um ,  a nd  hi gh)   ba s e d  on  th e   f ix e d  th r e s hol d  va lu e s .  O bs e r va ti on s   w it h  hi gh  yi e ld   w e r e   s e le c te d  f r om   e a c h   ge ne r a te d  da ta ba s e   to   bui ld   th e   r ul e s .  T he   th r e s hol d  va lu e s   f or   a ll   va r ia bl e s   a r e   gi ve n  by  th e   a gr oe c ol ogi c a l  z one  i n T a bl e  1.     2.1.3. Dat a p r e p r oc e s s in g   T he   r ul e s   in   th e   two  a gr o - c li m a ti c   z one s   w e r e   obt a in e d  by  a ppl yi ng  s upe r vi s e d  a nd  un s upe r vi s e d   ML   m ode ls .  T he   s up e r vi s e d  m ode ls   opt im iz e   m a iz e   yi e ld ,   f in d  s ui ta bl e   r e la ti ons hi ps   be twe e n  c li m a te   pa r a m e te r s   a nd  yi e ld ,  a nd  id e nt if y  th e   be s t  m ode l.   T he   be s t  m ode l  id e nt if ie d  w a s   not   e a s il y  in te r pr e ta bl e .   T hus ,  th is   m ode l  w it h  r a ndom  pa r ts   w a s   us e d  to   c om pl e te   th e   a va il a bl e   da ta .  T he r e f or e ,  th e   uns upe r vi s e d  m ode l  w a s  us e d t o d e te r m in e  t he  r ul e s  t ha t  a r e  e a s il y i nt e r pr e ta bl e  a nd unde r s ta nda bl e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :  2252 - 8938   I nt  J  A r ti f  I nt e ll , V ol . 13, No. 4, D e c e m be r  2024:  3930 - 3941   3934   B e f or e   pe r f or m in g  th e   s upe r vi s e d  m ode li ng,  a   c or r e la ti on   a na ly s is   be twe e n   in de pe nde nt   a nd  de pe nde nt   va r ia bl e s   w a s   pe r f or m e d.  N o  c li m a ti c   va r ia bl e s   w e r e   c or r e la te d  to   m a iz e   yi e ld .  A n  a ddi ti ona l   c or r e la ti on  a na ly s is   w a s   pe r f or m e d  a m ong  th e   in de pe nde nt   va r ia bl e s .  T he   th r e s hol d  of   c or r e la ti on  w a s   f ix e d  to   80% .  U s in g  th is   th r e s hod,  th e   m in im um   hum id it y  w a s   e li m in a te d  f r om   th e   pr e di c to r s .  M is s in g   da il y  da ta   w a s   s ubj e c te d  to   s im pl e   im put a ti on  be f or e   a ggr e ga ti on,  a nd  th e   out li e r s   w e r e   s ubs e que nt ly   r e m ove d  f ol lo w in g  th e   in te r qua r ti le   r a nge   a ppr oa c h.  D a t a   w e r e   th e n  s ta nda r di z e d  a nd  pa r ti ti one d  us in g   5 - f ol d     c r os s - va li da ti on. T he  m ode l s  w e r e  t r a in e d on 700 obs e r va ti ons   a nd va li da te d on the  r e m a in in g 175 da ta .           ( a )   ( b)       ( c )   ( d)       ( e )   (f)     ( g)     F ig ur e  3. V a r ia ti ons  i n w e a th e r  pa r a m e te r s  ove r  t im e  i n K a ndi ,  P a r a kou, S a ve , N a ti ti ngou, a nd B ohi c on.   ( a )  e va pot r a ns pi r a ti on, ( b)  r a in f a ll ,  ( c )  s uns tr oke , ( d)  m a xi m um   te m pe r a tu r e , ( e )  m in im um  t e m pe r a tu r e ,    ( f )  m a xi m um  humi d it y,  a nd  ( g)  m in im u m  humi di ty   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll     I S S N :  2252 - 8938       U s in g patt e r n m in in g t o de te r m in e  f in e  c li m at ic  par am e te r s  f or   m ai z e  y ie ld   …   (   Souand P e ac e  G lo r ia  T ahi )   3935   T a bl e  1.  T hr e s hol d va lu e s  f or  di s c r e ti z a ti on   A t t r i but e s   L ow   M e di um   H i gh     S uda ni a n z one     ETP   < 1 . 618   1.618 - 4.801   ≥4 . 801   RR   < 2 . 163   2.163 - 8.206   ≥8 . 206   S un   < 5 . 221   5.221 - 7.883   ≥7 . 883   T m a x   < 29 . 371   29.371 - 35.971   ≥ 35 . 971   T m i n   < 21 . 337   21.337 - 24.015   ≥ 24 . 015   U m a x   < 87 . 324   87.324 - 102.28   ≥ 102 . 28   Y i e l d   < 1076 . 614   1076.614 - 1459.829   ≥ 1459 . 829     S uda no - G ui ne a n z one     ETP   < 2 . 513   2.513 - 3.628   ≥3 . 628   RR   < 2 . 314   2.314 - 6.767   ≥6 . 767   S un   < 3 . 891   3.891 - 6.952   ≥6 . 952   T m a x   < 29 . 836   29.836 - 33.599   ≥ 33 . 599   T m i n   < 22 . 088   22.088 - 23.88   ≥ 23 . 88   U m a x   < 93 . 497   93.497 - 96.302   ≥ 96 . 302   Y i e l d   < 1016 . 311   1016.311 -   1279.765   ≥ 1279 . 765       2.2.  P r e d ic t io n  of  m ai z e  yi e ld s  w it h  s u p e r vi s e d  m ac h in e  l e a r n in g t e c h n iq u e s   ML   a lg or it hm s   a r e   w id e ly   r e now ne d  f or   th e ir   a bi li ty   to   m ode l  non - li ne a r   c or r e la ti ons   be twe e n  in put   a nd  out put   va r ia bl e s .  T o  unde r s t a nd  th e   e xi s ti ng  non - li ne a r   r e la ti ons hi p  be twe e n   c li m a te   pa r a m e te r s   a nd  m a iz e   yi e ld ,  f iv e   ( 5)   s upe r vi s e d  ML   te c hni que s   w e r e   e xpl or e d  on  th e   da ta s e t  in   P yt hon   3.8.11  s of twa r e   t o   f in d  r e la ti ons hi ps   be twe e n  a ggr e ga te d  yi e ld   a nd  w e a th e r   f e a tu r e s .  T he s e   m e th ods   w e r e   k - ne a r e s t  ne ig hbor   ( K N N ) ,  s uppor t  ve c to r   m a c hi ne   ( S V M ) ,  D T ,  A N N   w it h  m ul ti la ye r   pe r c e pt r on,  a nd  r e c ur r e nt   ne ur a l  ne twor k  ( R N N )   w it h  lo ng  s hor t - te r m   m e m or y.  I nput   va r ia bl e s   w e r e   s ta nda r di z e d  be f or e   m ode li ng.  T he   da t a   w a s   di vi de d  in to   tr a in in g  a nd  te s ti ng  u s in g  f iv e - f ol d  c r os s - va li da ti on.  T he   v a r io us   m e th ods   w e r e   a s s e s s e d   us in g   th e   te s t  d a ta   a f te r   be in g   tr a in e d  on  th e   tr a in in g  s e t.   T h e   “ S c ik i t - L e a r n”   li br a r y  w a s   us e d  f or   th e   K N N ,  S V M   r e gr e s s io n, a nd D T  m ode ls , w hi le  “ K e r a s ”  w a s  u s e d f or  t he  A N N  a nd   R N N  m ode ls .   T he   f it ti ng  of   th e   m ode ls   to   a ggr e ga te   out put s   w a s   s im pl e .  T hi s   is   be c a us e   e a c h  out put   c or r e s pond s   to   a   s e t  of   in put   ve c to r s .  T he   pr obl e m   w a s   r e s ol ve d  by  ge ne r a ti ng  a n  a r ti f ic ia l  out put   f or   e a c h  in put   ve c to r .  T he s e   a r ti f ic ia l  out put s   w e r e   d e f in e d  a s   th e   m e a n   of   th e   out put   va lu e   th r oughout  th e   a ggr e ga te   c ol le c ti ons   to   w hi c h t he y be lo ng. T he  f ol lo w in g s ub s e c ti ons  pr ovi de  a n ov e r vi e w  of  t he  m ode ls  us e d f or  t he  pr e di c ti on.     2.2.1. Over vi e w  of  t h e   m od e ls  u s e d   A s   m e nt io ne d  a bove ,  f iv e   a lg or it hm s   w e r e   c ons id e r e d:   K N N ,  S V M ,  D T ,  A N N ,  a nd  R N N .  T he s e   a lg or it hm s  a r e  a  non - pa r a m e tr ic   ML   m e th od  us e d t o unde r s ta n d t he  non - li ne a r  l in k be twe e n t he  va r ia bl e s  t ha t   a r e   in put   a nd  out put .  I n  K N N   r e gr e s s io n,  pr e di c ti on  is   th e   m e a n  of   th e   k  ne a r e s t  ne ig hbor   va lu e s   [ 19] .  S V M   goa l  is   to   m in im iz e   th e   p r e di c ti on  bi a s   by  f in di ng   a n  e xc e ll e nt   hype r - pl a ne   to   r e duc e   di f f e r e nc e s   be twe e n  pr e di c te d  a nd  ob s e r ve d  va lu e s   [ 20] .  A   D T   i s   a  s upe r vi s e d   non - pa r a m e tr ic   le a r ni ng  a ppr oa c h  th a t   f or e c a s t s   th e   va lu e   of   a   ta r ge t  va r ia bl e   by   tr a in in g  on  s im pl e   de c i s io n  r ul e s   ba s e d  on  da ta   c ha r a c te r is ti c s .  T h e   A N N   i s   ba s e d  on  c onc e pt ua l  ne ur ons   [ 21] ,  [ 22] .  I t  c ons is ts   of   th e   in put ,  hi dde n,  a nd  out put   la ye r s   of   ne ur ons .  I n  th is   w or k,  A N N   w it h  m ul ti la ye r   pe r c e pt r on  a r c hi te c tu r e   i s   us e d.  R N N   is   a ls o  u s e d;   it   is   a n  ANN   c la s s   w h e r e   c onne c ti ons   be twe e n  th e   node s   f or m   a   gr a ph  a lo ng  a   ti m e   s e que nc e   [ 23] .  R N N   c a n  pr oc e s s   a   lo ng  s e que nc e   of   in put   va r ia bl e s   us in g  th e ir   m e m or y.   I ts   a r c hi te c tu r e   c ons is ts   of   in put   la ye r s ,  hi dde n  la ye r s ,  a nd  out pu t   la ye r s . E a c h l a ye r  i s  i nde pe nd e nt  of  t he  ot he r . N o l a ye r  s to r e s  t he  pr e c e di ng output s .     2.2.2. Com p ar is on  c r it e r ia   T o  e va lu a te   th e   di f f e r e nt   s upe r vi s e d  m ode ls   us e d,  th e   c r os s - va li da ti on  ( C V )   te c hni que   w a s   us e d.  D ue   to   it s   e a s e   of   us e ,  a ppl ic a bi li ty ,  a nd  e f f e c ti ve ne s s   in   pr e ve nt in g  th e   ove r - f it ti ng  pr obl e m ,  it   is   a n  of te n  e m pl oye d  a lg or it hm   s e le c ti on   te c hni que   [ 24] ,  [ 25] .  T h e   be s t  m ode l  is   w id e ly   a gr e e d  to   b e   th e   one   w it h  th e   m in im um   e s ti m a ti on  e r r or .  U s in g  th e   c oe f f ic ie nt   of   de te r m in a ti on  ( R 2) ,  m e a n  s qua r e   e r r or   ( M S E ) ,  m e a n   a bs ol ut e   e r r or   ( M A E ) ,  a nd  r oot   m e a n  s qua r e   e r r or   ( R M S E ) ,  th e   m ode ls '   pe r f or m a nc e   w a s   e va lu a te d.  R 2  in di c a te s   th e   li ne a r   r e la ti ons hi p  be twe e n  th e   ob s e r ve d  m a iz e   yi e ld   a nd  th e   pr e di c ti ons .   M A E   m e a s ur e s   th e   pe r c e nt a ge   of   th e   m e a n   de vi a ti on  of   th e   pr e di c te d  m a i z e   yi e ld   f r om   obs e r va ti ons ,  w hi le   R M S E   m e a s ur e s   th e   de vi a ti on  of   th e   pr e di c te d  m a iz e   yi e ld   f r om   obs e r va ti ons .  M S E   m e a s ur e s   th e   s qua r e   of   th e   d e vi a ti on  f r om   obs e r va ti ons . T h e  de ta il e d f or m ul a s  a r e  de f in e d a s  f ol lo w s :     2 = ( ∑ ( − ̅ ) ( − ̅ = 1 ) ) 2 ∑ ( − ̅ ) 2 ( − ̅ ) 2 = 1   ( 1)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :  2252 - 8938   I nt  J  A r ti f  I nt e ll , V ol . 13, No. 4, D e c e m be r  2024:  3930 - 3941   3936    = √ 1 ∑ ( − ) 2 = 1   ( 2)      = 1 ∑ | − | = 1   ( 3)      = 1 ∑ ( − ) 2 = 1   ( 4)       is  t he  obs e r ve d m a iz e  yi e ld ,  ̅   is  t he  c or r e s ponding m e a n va lu e ,  n i s   th e  numbe r  of  da ta  poi nt s  f or   th e   ML   m ode l.   f i  is  t he  pr e di c te d m a iz e  yi e ld ,   ̅   is  t he  c or r e s ponding m e a n va lu e , a nd  p  is   th e  t ot a l  num be r  o f   e xpl a na to r y  va r ia bl e s   in   th e   m ode l.   T he   c lo s e r   R 2  is   to   1  or   th e   c lo s e r   M S E ,  M A E ,  a nd  R M S E   a r e   to   0,  th e   be tt e r  t he  m ode l’ s  pr e di c ti on pe r f or m a nc e . A ll  f our  m e tr ic s  w e r e  us e d t o c hoos e  t he  be s t  m ode l.     2.3.  P r e d ic t io n  of  m ai z e  yi e ld s  w it h  u n s u p e r vi s e d  m ac h in e  l e ar n in g m e t h od s   A s s oc ia ti on  r ul e s   a r e   de f in e d  by  ML   to   e s ta bl is h  th e   r e la ti ons hi p  be twe e n  va r ia bl e s .  T he   F P G   a lg or it hm   is   us e d  to   e s ta bl is h  th e   r ul e s   f r om   th e   “ m lx te nd ”   pa c ka ge .  F P G   is   a n  im pr ove d  ve r s io n  o f   th e   w e ll - known  A pr io r i  a lg or it hm   w it h   a c c ur a te   e xt r a c ti on  e f f ic ie nc y  [ 26] .  T o  do  th is ,  it   s e ts   a   m in im um   th r e s hol d,  w hi c h  is   u s e d  to   r e m ove   ir r e le va nt   in f or m a ti on  in   th e   d a ta   a nd  f or m   f r e que nt   it e m s e ts .  T he s e   l a te r   a r e   us e d  to   a s s e s s  t he   s im il a r it y de gr e e  of  di f f e r e nt  va r ia bl e s  a nd e s ta bl is h t he  a s s o c ia ti on r ul e s .   I nput   a nd  out put   va r ia bl e s   w e r e   e n c ode d  in   lo w ,  m e di um ,  a n d  hi gh  ba s e d  on  th e   f ix e d  th r e s hol d   va lu e s .  M in im um  s uppor t  w a s   f ix e d a s   0.25.  A s   f or   th e   th r e s ho ld   c onf id e nc e ,  it   w a s   s e t  to   0.75.  T h e   r ul e s   a r e   th e n  or de r e d  a nd  s c r e e ne d  ba s e d  on  c onf id e nc e   a nd  li f t.   A f te r   f il te r in g,   onl y  th e   be s t  r ul e s   f r om   e a c h  a gr o - c li m a ti c  z one  w e r e  r e ta in e d.     2.3.1. Cr it e r ia  f or  c h oo s in g t h e  b e s t  as s oc ia t io n  r u le s   D if f e r e nt   m e tr ic s   w e r e   us e d  to   obt a in   th e   be s t  r ul e s ,  s uc h  a s   s uppor t,   c onf id e nc e ,  a nd  li f t.   T he   s uppor t  di s pl a ys   th e   pr opor ti on  of   tr a ns a c ti ons ,  in c lu di ng   it e m s   X   a nd   Y .  T he   c onf id e nc e   e xpr e s s e s   how   m a ny  tr a ns a c ti ons   ha ve   X   a nd  Y .  A t  th e   s a m e   ti m e ,  th e   li f t  a s s e s s e s   th e ir   li nk.  n  r e pr e s e nt s   th e   to ta l  num be r   of   tr a ns a c ti ons ,  n( X   ∪   Y   )   is   th e   num be r   of   tr a n s a c ti ons   w it h  X   or   Y ,  a nd   n( X )   is   th e   num be r   of   tr a n s a c ti ons   w it h X . A  r ul e  i s  us e f ul  w he n t he  s uppor t  a nd  c onf id e nc e  a r e  hi ghe r  t ha n t he  m in im um  s uppor t  a nd m in im um   c onf id e nc e  t hr e s hol d, a nd l if t  is  gr e a te r  or  e qua l  to  1.         ( → ) = ( , ) = ( ∪ )   ( 5)       ( → ) = ( ∪ ) ( )     ( 6)      ( → ) = ( , ) ( ) ( )   ( 7)       3.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N   3.1.  M ai z e  yi e ld  m od e li n g   T a bl e   2  pr e s e nt s   th e   pe r f or m a nc e   of   th e   m ode ls   us in g  c om pa r i s on  m e tr ic s .  B a s e d  on  th e   r e s ul ts ,  a ll   m ode ls   ha d  a n  M S E   va lu e   le s s   th a n  0 . 03  kg/ ha .  T he   D T   te c hni que   r e c or de d  th e   lo w e s t  M A E   a nd  R M S E   va lu e s   ( 0.0008  kg/ ha   a nd  0.012  kg/ ha ,  r e s pe c ti ve ly ) .  T hi s   c onc lu s io n  w a s   c onf ir m e d  by  V e e na dha r i  e t  al .   [ 27]   in   e s ta bl is hi ng   th e   r e la ti ons hi p   be twe e n  c li m a te   pa r a m e te r s   a nd   s oybe a n  yi e ld .  A s hw in ir a ni   a nd   V id ya va th i  [ 28]   a ppl ie d t h is  m e th od t o  im pr ove  t he   m e th odol o gy f or   m ode li ng s uga r c a ne  yi e ld . A c c or di ng t o   F a n  e t  al .   [ 29] ,  D T   ha s   th e   a bi li ty   not   onl y  to   c a pt ur e   non - li ne a r   r e la ti ons hi ps   but   a ls o  to   c a pt ur e   e xt r e m e   c a s e s . A m ong the  di f f e r e nt  s upe r vi s e d m e th ods  a ppl ie d, A N N   a nd R N N  w e r e  f ound to be the  l e a s t  pr e di c ti ve .  A N N   a nd  R N N   a r e   m or e   s e ns it iv e   to   s a m pl e   s iz e ,  w hi c h  i s   r e la ti ve ly   lo w   in   our   s tu dy.  K N N   a ls o  ha s   be tt e r   a c c ur a c y  th a n  th e   ot he r   m ode ls ,  e xc e pt   th e   D T .  T hi s   r e s ul t  is   c or r obor a te d  by  S ha koor   e t   al .   [ 30 ] ,  w ho   r e ve a le d  th e   s upe r io r it y  of   D T   c om pa r e d  to   K N N   r e ga r di ng  pr e di c ti on  e r r or   pe r c e nt a ge .  F ur th e r m or e ,  th e   r e s e a r c h  by  J a ha n   a nd  S ha ha r ia r   [ 31]   us e d  a   DT   a lg or it hm   to   pr e di c t  f e r ti li z e r   tr e a tm e nt   in   m a iz e   c ul ti va ti on   a nd  obs e r ve d   good  a c c ur a c y.  R e ye s   e t   al .   [ 32]   s how e d  th a t  K N N   w a s   a   pr om is in g  m e th od  f or   pr e di c ti ng   w in te r  gr a in  yi e ld s .   F ig ur e   4  il lu s tr a te s   a   li ne a r   r e la ti ons hi p  in   a ll   gr a phs ,  s ugge s ti ng  li tt le   di f f e r e nc e   be twe e n  th e   a c tu a l   a nd  pr e di c te d  m a iz e   yi e ld .  T he   pr e di c t e d  va r ia bl e   of   K N N   a n d  S V M   m ode ls   is   not   f ul ly   c or r e la te d  w it h  th e   a c tu a l  va r ia bl e   s how n  in   F ig ur e s   4( a )   a nd   4( b) .   T he   D T   s ho w s   a   pe r f e c t  c or r e la ti on  be twe e n  a c tu a l  a nd   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll     I S S N :  2252 - 8938       U s in g patt e r n m in in g t o de te r m in e  f in e  c li m at ic  par am e te r s  f or   m ai z e  y ie ld   …   (   Souand P e ac e  G lo r ia  T ahi )   3937   pr e di c te d  va r ia bl e s   s how n  in   F ig ur e   4 ( c ) .  M or e ove r ,  th e   pr e di c te d  va r ia bl e   of   bot h   A N N   a nd  R N N   m ode ls   is   not   e nt ir e ly   c or r e la te d  w it h  th e   a c tu a l  va r ia bl e ,  a s   s how n  in   F ig ur e s   4( d)   a nd  4( e ) .  T he   c or r e la ti on  c oe f f ic ie nt   ( R 2 )   f or   e a c h  m ode l  in di c a te s   th e   m ode l’ s   th r e s hol d  of   pr e d ic ti ng  m a iz e   yi e ld   f r om   w e a th e r   pa r a m e te r s .   H ow e ve r ,  a   hi ghe r   R 2  m e a ns   th a t  th e   s tr e ngt h  of   th e   r e la ti ons hi p  be twe e n   th e   yi e ld   a nd  c li m a t e   va r ia bl e s   is   c onvi nc in g.  A ll   f iv e   m ode l s   us e d  to   pr e di c t   m a iz e   yi e ld   ha v e   R 2  va lu e s   hi ghe r   th a n   0.60.  D T   r e c or de d   th e   hi ghe s t  R 2  w hi c h i s  gr e a te r  t ha n 0.95. C on s e que nt ly , a ll  of  t he  d is c us s io n s  a bove  c onf ir m e d t ha t  th e  D T  m ode l  pe r f or m s  w e ll  c om pa r e d t o ot he r  m ode ls .        T a bl e  2.  R M S E ,  M A E ,  R 2 , a nd  M S E   of   K N N , S V M , A N N , R N N , a nd D T   M ode l s   R M S E   M A E   R 2   M S E   KNN   0.132   0.098   0.755   0.017   S V M   0.145   0.110   0.704   0.021   ANN   0.16   0.125   0.629   0.028   R N N   0.156   0.116   0.664   0.023   DT   0.012   0.0008   0.998   0.021           ( a )     ( b)         ( c )     ( d)       ( e )     F ig ur e  4. S c a tt e r  pl ot s  of  a c tu a l  out put  ve r s us  pr e di c te d output  us in g di f f e r e nt  M L   te c hni que s :   ( a )   KNN   a lg or it hm , ( b)   S V M , ( c )   DT , ( d)   ANN ,  a nd  ( e )   R N N . D a s he d l in e :  r e gr e s s io n l in e ,  bl ue  l in e s :  e r r or  ba r s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :  2252 - 8938   I nt  J  A r ti f  I nt e ll , V ol . 13, No. 4, D e c e m be r  2024:  3930 - 3941   3938   3.2.  As s oc ia t io n  r u le s   N e w   da ta   w e r e   ge ne r a te d  us in g  th e   D T   m ode l  to   ha ve   c r e di b le   r ul e s   to   id e nt if y  e a r ly   m a iz e   yi e ld   f r om   w e a th e r   c ha r a c te r is ti c s ,  10,000  f or   e a c h  di s tr ic t.   T he   F P G   a lg or i th m   is   a ppl ie d  to   th e   da ta .  S in c e   F P G   us e s  i te m s , t he  nume r ic a l  a tt r ib ut e  va lu e s  a r e  c onve r te d i nt o or di na l  a tt r ib ut e s  ( lo w , m e di um , a nd high s c or e s )   ba s e d  on  f ix e d  th r e s hol d  va lu e s .  M in im um   s uppor t  a nd  m in i m um   c onf id e nc e   w e r e ,  r e s pe c ti ve ly ,  0.25  a nd  0.75.  T he s e   va lu e s   ha ve   be e n  c ho s e n  not   to o  s m a ll   or   to o   la r g e   to   a ll ow   th e   F P G   a lg o r it hm   to   obt a in   a ll   th e   a va il a bl e   e le m e nt s   f r om   th e   da ta ba s e   w it hout   unde r   or   ove r e s ti m a ti on.  T he   unf il te r e d  li s t  of   th e   r ul e s   w a s   obt a in e d  a f te r   m ode li ng.  I t  w a s   th e n  s or te d  by  li f t  a nd   c onf id e nc e .  O nl y  th e   be s t   r ul e s   w e r e   c hos e n  f r om   th is   ne w   r ul e   li s t  in   e a c h   a gr o - c li m a ti c   z one .  A c c or di ng  to   th e   r ul e   s e le c ti on  c r it e r ia   de s c r ib e d  a bove ,   th e   s tr ong  a s s oc ia ti on  r ul e s   w e r e   s e le c te d  in   e a c h  a gr o - c li m a ti c   z one .  T he   li s t  of   th e   tr a in e d  r ul e s   ha d  a t  le a s t  th r e e   a tt r ib ut e s   f or   a nt e c e de nt s   of   e a c h   of   th e   r ul e s   f or m e d.  T he   b e s t  r ul e s   w e r e   c ho s e n  f r om   e a c h  di s tr ic t  in   bot h   a gr o - c li m a ti c . T he  a s s o c ia ti on r ul e s  l is te d i n T a bl e s   3 a nd 4 s ug ge s t  th e  m os t  s ui ta bl e  c ondi ti ons  f or  obt a in in g  hi gh  m a iz e   yi e ld .   I n T a bl e s   3  a nd   4,  th e  s uppor t  va lu e s   in di c a te   th e   in vol ve m e nt   of   a   gi v e n  s e t   of   it e m s   in   th e   a nt e c e de nt  of  a s s o c ia ti on r ul e s . T he  c onf id e nc e  va lu e  e xpr e s s e s  s uppor t  f or  oc c ur r e nc e s  of  t r a ns a c ti ons , w hi le   li f t  s how s  a n i nde pe nde nt  r e la ti ons hi p be tw e e n a nt e c e de nt  a nd  c ons e que nt .       T a bl e  3. A s s oc ia ti on r ul e s  f or  w e a th e r  a nd ma i z e  yi e ld  i n S uda no - G ui ne a n z one  obt a in e d us in g s im ul a te d  da ta  f or  B ohi c on, Ka ndi , S a ve , P a r a kou, a nd N a ti ti ngou dis tr ic t s   A gr o c l i m a t i c  z one s   A nt e c e de nt s   C ons e que nt s   S uppor t   C onf i de nc e   L i f t   S uda no - gui ne a n     B ohi c on             B ohi c on           T m i n m i ddl e , R R  m i ddl e , E T P  m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.444   1   1     T m i n m i ddl e , R R  m i ddl e , S un m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.349   1   1     E T P  m i ddl e , R R  m i ddl e , U m a x m i ddl e , S un m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.259   1   1     R R  m i ddl e , U m a x m i ddl e , S un m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.32   1   1     E T P  m i ddl e , U m a x m i ddl e , S un m i ddl e , T m a x m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.258   1   1       S a vè           T m i n m i ddl e , U m a x m i ddl e , T m a x m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.411   1   1     T m i n m i ddl e , E T P  hi gh, T m a x m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.357   1   1     T m i n m i ddl e , R R  m i ddl e , U m a x m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.392   1   1     T m i n m i ddl e , R R  m i ddl e , U m a x m i ddl e , T m a x m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.269   1   1     R R  m i ddl e , U m a x m i ddl e , T m a x m i ddl e   Y i e l d hi gh   0.339   1   1       T a bl e  4. A s s oc ia ti on r ul e s  f or  w e a th e r  a nd ma i z e  yi e ld  i n S uda ni a n z one  obt a in e d us in g  s im ul a te d da ta  f or   B ohi c on, Ka ndi , S a ve , P a r a kou, a nd N a ti ti ngou dis tr ic ts   A gro - c l i m a t i c   z one s   A nt e c e de n t s   Cons e que nt s   S upport   Confi de nc e   L i ft   S uda ni a n  z one     P a ra kou           T m i n  m i dd l e ,   U m a x  m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 513   1   1     E T P   m i ddl e ,   S un  m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 391   1   1     T m i n  m i dd l e ,   E T P   m i ddl e ,   S un  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 385   1   1     Tmin   m i dd l e ,   E T P   m i ddl e ,   S un  m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 319   1   1     T m i n  m i dd l e ,   E T P   m i ddl e ,   U m a x  m i ddl e ,   S un  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 311   1   1       K a ndi           E T P   m i ddl e ,   U m a x  m i ddl e ,   T m a x  m i dd l e   Y i e l d  hi gh   0. 616   1   1     RR  m i ddl e ,   U m a x   m i ddl e ,   S un  m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 324   1   1     T m i n  m i dd l e ,   RR  m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 417   1   1     T m i n  m i dd l e ,   RR  m i ddl e ,   U m a x  m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 374   1   1     T m i n  m i dd l e ,   RR  m i ddl e ,   E T P   m i ddl e ,   T m a x  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 361   1   1       N a t i t i ngou           U m a x  l ow ,   E T P   m i ddl e ,   T m i n  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 605   1   1     U m a x  l ow ,   E T P   m i ddl e ,   T m i n  m i ddl e ,   S un  m i ddl e ,   RR  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 294   1   1     RR  m i ddl e ,   E T P   m i ddl e ,   S un  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 475   1   1     Tmin   m i dd l e ,   RR  m i ddl e ,   S un  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 376   1   1     T m i n  m i dd l e ,   RR  m i ddl e ,   E T P   m i ddl e ,   S un  m i ddl e   Y i e l d  hi gh   0. 375   1   1       T he   li s t  of   r ul e s   d e f in e s   a s s oc ia ti on s   be twe e n   th e   m e di um   va lu e   of   th e   m in im um   a nd  th e   m a xi m um   te m pe r a tu r e ,  hum id it y,  s uns tr oke ,   r a in f a ll ,  a nd  e v a pot r a ns pi r a t io n.  F or   e xa m pl e ,  th e   be s t   m a iz e   tr e nds   w e r e   obs e r ve d  in   th e   S uda no - G ui ne a n  z one   f or   m e di um   va lu e s   of   m in im um   te m pe r a tu r e ,  r a in f a ll ,  a nd   e va pot r a ns pi r a ti on  ( E T P = [ 2 . 513− 3 . 628   mm   [ ;  RR = [ 2 . 314− 6 . 767   mm   [ ;  T m in = [ 22 . 088− 23 . 88   ° C   [) .    M a iz e   yi e ld   w a s   a ls o  hi gh  w he n  th e   m in im um   te m pe r a tu r e ,  m a xi m um   te m pe r a tu r e ,  a nd  m a xi m um   hum id it y   w e r e   m e di um   ( T m in = [ 22 . 088− 23 . 88   ° C   [ ;  T m ax = [ 29 . 836− 33 . 599 ◦ C   [ ;  U m ax = [ 93 . 497− 96 . 302%   [ ) .    T hi s   m e a n s   th a t  m a iz e   yi e ld   i s   hi gh  in   th is   a gr o - c li m a ti c   z one  w he n  th e s e   c li m a te  a tt r ib ut e s   a r e   m e di um   ove r   th e   pr oduc ti on  pe r io d.  I n  th e   S uda ni a n  z one ,  th e   yi e ld   w a s   hi gh  w he n  e va pot r a ns pi r a ti on,  m a xi m um   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll     I S S N :  2252 - 8938       U s in g patt e r n m in in g t o de te r m in e  f in e  c li m at ic  par am e te r s  f or   m ai z e  y ie ld   …   (   Souand P e ac e  G lo r ia  T ahi )   3939   hum id it y,  a nd  m a xi m um   te m pe r a tu r e   w e r e   m e di um   ( E T P = [ 1 . 618− 4 . 801 mm   [ ;  U m ax = [ 87 . 324− 102 . 28  %     [ ;  T m ax = [ 29 . 371− 35 . 971   ° C   [)  o r   w he n  e va pot r a ns pi r a ti on  a nd  m in im um   te m pe r a tu r e   w e r e   m e di um   a nd   m a xi m um   hum id it y  w a s   lo w   ( E T P = [ 1 . 618− 4 . 801 mm   [ ;  U m ax = <  87 . 324% ;  T m in = [ 21 . 337− 24 . 015 ◦ C [) .  H ow e ve r ,  w he n  th e   va lu e s   of   m in im um   te m pe r a tu r e ,  m a xi m um   te m pe r a tu r e ,  a nd  m a xi m um   hum id it y     w e r e   m e di um ,  th e   m a iz e   yi e ld   w a s   a l s o  hi gh  in   th e   S uda ni a n  z one   ( T m ax = [ 29 . 371− 35 . 971   ° C     [ ;  U m ax = [ 87 . 324− 102 . 28%   [ ;  T m in = [ 21 . 337− 24 . 015   ° C   [) .   A pa r t  f r om   a   lo w   hum id it y  obt a in e d  in   th e   S ouda ni a n  z one ,  non e   of   th e   obt a in e d  r ul e s   ha d   a   lo w   a tt r ib ut e .  A   s im il a r   s tu dy  K a ur   a nd  A tt w a l   [ 13]   on  th e   e f f e c t  of   te m pe r a tu r e   a nd   r a in f a ll   on  r ic e   yi e ld   in   P unj a b   c it y  c or r obor a te s   th e   r e s ul t s .  T he y  c onc lu de d  th a t  hi gh  r ic e   yi e ld   is   obs e r ve d  w he n  th e   te m pe r a tu r e   is   m e di um   d ur in g  th e   ve ge ta ti ve   pha s e   or   w he n   r a in f a ll   is   lo w   dur in g  th e   gr a in   f il li ng  a nd   m a tu r it y  pha s e .   S upr o' s   [ 15]   w or k  on  r ic e   in   I ndi a   s uppor ts   th e   r e s ul ts .  H e   s how e d  th a t   r ic e   yi e ld   i s   hi gh  und e r   hi gh  te m pe r a tu r e s   a nd   m e d iu m   hum id it y.  R a o  e t   al .   [ 1]   e s ti m a ti ng  p a ddy  yi e ld   pr e di c to r s   us in g  te m pe r a tu r e ,  r a in f a ll ,  s oi l  pH ,   a nd  ni tr og e n,  obs e r ve d  th a t  hi gh  yi e ld s   w e r e   a s s oc ia te d  w it h  hi gh  te m pe r a tu r e ,  r a in f a ll ,  a nd  m e di um   pH   a nd  ni tr oge n.  N o  r ul e s   f ound  by  th e s e   a ut hor s   a r e   de ve lo pe d   w it h  lo w   a tt r ib ut e s .  C ir a d' s   [ 33]   s tu dy  hi ghl ig ht s   c li m a te   c ha n ge ' s   s ig ni f ic a nt   im pa c t  on  m a iz e   yi e ld s   in   s ub - S a ha r a n A f r ic a . I t  e m pha s iz e s  t ha t  a  4   °C  t e m pe r a tu r e  i nc r e a s e   c oul d de c r e a s e  m a iz e  yi e ld s  by a ppr oxi m a te ly   14% .  F ur th e r m or e ,  th e   s tu dy  s ugg e s ts   th a t  a d a pt a ti on  of   f e r ti li z a ti on  is   ne c e s s a r y  f or   m a iz e   c ul ti va ti on,  e s pe c ia ll y  in   th e   c a s e   of   s ubs ta nt ia l  te m pe r a tu r e   in c r e a s e s .  I nde e d,  r e s e a r c h  by  G una th il a ke   e t   al .   [ 34]   r e ve a le d  th a t  in c r e a s e s   in   m in im um   te m pe r a tu r e   a r e   g e ne r a ll y  m or e   s ig ni f ic a nt   th a n  in c r e a s e s   in   m a xi m um   te m pe r a tu r e .  T he   s tu dy  by   K ouda he   e t  al .   [ 35]   on  th e   im pa c t  of   c li m a te   va r ia bi li ty   on c r op  yi e ld s   in   S out he r n  T ogo  c onc lu de d  th a t  te m pe r a tu r e   in c r e a s e   s ig ni f ic a nt ly   a f f e c ts   th e   yi e ld s   of   m a iz e   a nd  be a ns .  P r e c ip it a ti on  a ls o  r e m a in s   a   f unda m e nt a l   phe nom e non   of   th e   c li m a te   s y s te m ,  c ons id e r a bl y  im pa c ti ng  a ll   a s pe c t s   of   li f e ,  in c lu di ng  a gr ic ul tu r e   [ 36] .  H ow e ve r ,  m a iz e   w a s  a ls o s how n  to  be   le s s   r e a c ti ve   to   r is in g  a tm o s phe r ic   C O 2   a nd  le s s  a f f e c te d  by  hi gh e r   te m pe r a tu r e s   or   lo w e r   r a in f a ll   w it hout   n it r oge n  f e r ti li z a ti on  [ 37] .  B ut   it   be c om e s   m or e   vul ne r a bl e   to   ni tr oge n   de f ic ie nc y,  w it h  m o r e   s ig ni f ic a nt   n e ga ti ve   e f f e c ts   on  yi e ld .  T he s e   c onc lu s io ns   unde r s c or e   th e   c r uc ia l  im por ta nc e   of   a da pt in g  c r op  f e r ti li z a ti on,  pa r ti c ul a r ly   f or   m a iz e ,  in   th e   f a c e   of   th e   c ha ll e nge s   of   c li m a te   c ha nge   in   s ub - S a ha r a n  A f r ic a .   T he r e f o r e ,  it   is   im pe r a ti ve   to   im pl e m e nt   s us ta in a bl e   w a te r   m a na ge m e nt   a nd  c li m a te   c ha nge   a da pt a ti on  s tr a te gi e s   th a t  c a n  he lp   im pr ove   c r op  pe r f or m a nc e   in     s ub - S a ha r a n  A f r ic a .  T he   r e s ul ts   of   th is   s tu dy  hi ghl ig ht   th e   e s s e nt ia l  c ondi ti ons   f or   a c hi e vi ng  opt im a l  m a iz e   yi e ld s .  T o  our   knowle dge ,  no  pr e di c ti on   of   m a iz e   yi e ld   ha s   be e n  m a de   in   B e ni n  us in g  a s s oc ia ti on  r ul e s .  D e s pi te  t he  c ont r ib ut io n of  t hi s  s tu dy, s om e  l im it a ti ons  s houl d  be  c ons id e r e d i n f ut ur e  w o r ks . T hi s  s tu dy only   c ons id e r s   c li m a ti c   f a c to r s   a s   in put   va r ia bl e s   a nd  th u s   di s r e ga r ds   ot he r   f a c to r s   s uc h  a s   f e r ti li z e r s ,  pe s t  m a na ge m e nt ,  a gr ic ul tu r a l  pr a c ti c e s ,  a nd  va r ie ti e s .  T he s e   f a c to r s   c a n  be   c om bi ne d  w it h  th e   c li m a ti c   va r ia bl e s   to  pr ovi de  be tt e r  r ul e s .       4.   C O N C L U S I O N   T hi s   p a pe r   ha s   id e nt if ie d  f in e   c li m a ti c   p a r a m e te r s   f or   hi gh   m a iz e   yi e ld   us in g  p a tt e r n  m in in g  in   B e ni n  ( W e s t   A f r ic a ) .  F ir s tl y,  a n  e xc e ll e nt   s upe r vi s e d  m ode l  ( de c is io n  tr e e )   th a t  pr e di c t s   m a iz e   yi e ld   ba s e d  on   w e a th e r   pa r a m e te r s   is   pr opos e d .  S in c e   th is   m od e l  is   not   e a s il y  in te r pr e ta bl e ,  th e   F P G   a lg or it hm   is   us e d  to   e s ta bl is h  th e   r e la ti on  be twe e n  w e a th e r   a nd  m a iz e   yi e ld .  T he   r e s ul ts   s how e d  th a t  m os t  of   th e   r ul e s   f or   hi gh   m a iz e   yi e ld   a r e   a s s oc ia te d  w it h  th e   m e di um   va lu e s   of   m in i m um   a nd  m a xi m um   te m pe r a tu r e ,   hum id it y,   s uns tr oke , r a in f a ll , a nd e va pot r a ns pi r a ti on. T he  b e s t  tr e nds  a r e   obs e r ve d i n t he  S uda no - G ui ne a n a nd S uda ni a n  z one s   f or   m e di um   va lu e s   of   m in im um   te m pe r a tu r e ,  m a xi m um   te m pe r a tu r e ,  hum id it y  or   r a in f a ll ,   a nd  e va pot r a ns pi r a ti on.  T he s e   id e nt if ie d  r ul e s   a r e   a   r e li a bl e   a nd  pr om is in g  ne w   a ppr oa c h  to   im pr ov in g   m a iz e   yi e ld   in   B e ni n.   F r om   th is   s tu dy,  f a r m e r s   c a n  im pl e m e nt   pr e ve nt iv e   m e a s ur e s   or   a da pt   th e ir   c ul ti va ti on  pr a c ti c e s  t o m it ig a te  t he  r is ks  of  c li m a te  c h a nge .       A C K N O WL E D G E M E N T S   T hi s   w or k  w a s   s uppor te d  by   G e r m a n  A c a de m ic   E xc ha nge   S e r vi c e   ( D A A D )   w it h  gr a nt   num be r   91786177   a nd  S c hol a r s hi p  P r ogr a m   in   A r ti f ic ia l  I nt e ll ig e nc e   f o r   D e ve lo pm e nt   ( A I 4D )   A f r ic a .  F unde d  by  th e   I nt e r na ti ona l  D e ve lo pm e nt   R e s e a r c h  C e nt r e   ( I D R C )   a nd  th e   S w e di s h  I nt e r na ti ona l  C oope r a ti on  A ge nc y   ( S I D A ) ,  a nd  m a na ge d  by  th e   A f r ic a n  C e nt r e   f or   T e c hnol ogy  S tu di e s   a nd  D e ve lo pm e nt   ( A C T S )   w it h  gr a nt   num be r  10016012.       R E F E R E N C E S   [ 1]   P .  R .  R a o,  S .  P .  G ow da ,  a nd  R .   J .  P r a t hi bha ,  “ P a ddy  yi e l d   pr e di c t or   us i ng  t e m pe r a t ur e ,  r a i nf a l l ,  s oi l   pH ,  a nd   ni t r oge n,”   L e c t u r e   N ot e s  i n E l e c t r i c al  E ngi ne e r i ng , vol . 545, pp. 245 – 253, 2019, doi :  10.1007/ 978 - 981 - 13 - 5802 - 9_23.   [ 2]   H .  H .  K a nw a l ,  I .  A hm a d,  A .  A hm a d,  a nd  Y .  L i ,  “ Y i e l d  f or e c a s t i ng  a nd  a s s e s s m e nt   of   i nt e r a nnua l   w he a t   yi e l d  va r i a bi l i t y  us i ng  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.