I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 ,   p p .   2300 ~ 2 3 1 3   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 3 . p p 2 3 0 0 - 2 3 1 3           2300     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Co mpa ring  glo ba l and v a riety - spec ific  ense mble mo d els for  a v o ca do  ma turit y  predic tion wi th  n ea r - infrared       Chris t ia n O v a lle,   J ho nn   G a rc ia   J im enez ,   J o s e  B rio nes   Z uñ ig a   D e p a r t me n t   o f   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si d a d   Te c n o l ó g i c a   d e l   P e r ú ,   Li m a ,   P e r ú       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Feb   1 6 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   2 0 ,   2 0 2 6       E n s u r i n g   a c c u ra te,   n o n - d e s tr u c t i v e   m a t u ri t y   c la ss i fi c a t i o n   o f  a v o c a d o s   i s   c ri ti c a l   t o   s u p p l y   c h a i n   o p ti m iza ti o n   i n   a g r o - i n d u st ria l  s y st e m s.   T h is   s tu d y   p re se n t s  a   p re d ict i v e   fra m e w o r k   t h a t  i n t e g ra tes   n e a r - i n f ra r e d   (N IR)   sp e c tr o sc o p y   w i t h   e n se m b le   sta c k i n g   m a c h i n e   l e a r n in g   (M L)   t o   e n h a n c e   th e   p re c is i o n   o f  a v o c a d o   ri p e n e ss   a ss e s sm e n t .   T h e   p r o p o se d   m e t h o d o l o g y   c o m p a re s  g l o b a l   v e rs u s   v a r ie ty - s p e c i fi c   m o d e l s  f o r  ' Ha ss '   a n d   ' F u e r te'   a v o c a d o   t y p e s ,   le v e ra g i n g   s p e c t r a l  d a ta  (9 0 0 – 1 , 7 0 0   n m )   a n d   m u l ti p le  b a s e   c las s if ie r s,   i n c l u d i n g   ra n d o m   f o r e st   ( R F ) ,   g ra d ie n t   b o o s ti n g   (G B) ,   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e s   ( S V M s ) ,   d e c is i o n   t re e s   ( DT ) ,   k - n e a re s t   n e i g h b o rs   (KN N) ,  a n d   c a te g o ric a l   b o o st i n g   ( Ca tB o o s t ) ,   c o m b i n e d   v ia   l i n e a r   r e g re s si o n   a s  a   m e ta - lea r n e r .   E x p e rim e n ta l   re s u l ts   re v e a le d   t h a t   th e   st a c k i n g   m o d e ls   o u t p e rf o rm e d   i n d i v i d u a l   le a r n e r s,   wi t h   v a rie t y - sp e c i fic   GB   m o d e l  a c h ie v i n g   th e   h i g h e st  p e rf o rm a n c e   (M a t t h e ws   c o r re l a t i o n   c o e f fi c ie n t   ( M CC )   = 0 . 6 7 9 ,   a re a   u n d e r   t h e   c u r v e   ( AU C )   = 0 . 9 3 1 ) .   T h e se   f i n d i n g s   h i g h l i g h t   t h e   c ri ti c a l   im p o rt a n c e   o f   v a r iet a l   s p e c if ic it y   i n   m o d e l  c a l i b ra ti o n   a n d   d e m o n stra te   h o w   e n se m b le   s tr a te g ies   c a n   im p ro v e   r o b u s tn e ss ,   sc a la b i l it y ,   a n d   in te r p re ta b i li t y   in   in te ll i g e n t   a g ric u lt u ra l   s y s tem s.  T h e   p r o p o se d   m o d e l   p r o v i d e s  a   c o m p u tat i o n a l l y   e f fic ie n t   s o l u ti o n   f o r   re a l - ti m e   q u a l it y   c o n tr o l  a n d   s u p p o r ts   th e   d e p l o y m e n t   o f  AI - p o we re d   s y s tem s   wi t h in   a g r ic u lt u ra l   s u p p l y   c h a i n s   i n   d e v e l o p i n g   re g i o n s.   K ey w o r d s :   Av o ca d o   r ip en ess   E n s em b le  s tack in g   Ma ch in e  lear n in g   Near - in f r ar e d   s p ec tr o s co p y   No n - d estru ctiv e  q u ality   co n tr o l   Pre cisi o n   ag r icu ltu r e   Var iety - s p ec if ic  m o d els   T h is i s  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 :   C h r is tian   Ov alle   Dep ar tm en t o f   E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r i n g ,   Un i v er s id ad   T ec n o ló g ica  d el  Per ú   L im a,   Per u   E m ail:  d o v alle@ u tp . ed u . p e       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   r ec en t  y ea r s ,   th e  av o ca d o   in d u s tr y   h as  co n s o lid ated   its   p o s itio n   as  o n e  o f   t h e  m o s t  ec o n o m ically   v alu ab le  an d   s tr ateg ically   r el ev an t  s ec to r s   with in   Per u v ian   ag r icu ltu r e   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Per u   cu r r en tly   r a n k s   am o n g   th e  wo r ld ’ s   lead in g   av o ca d o   ex p o r ter s ,   co n s is ten tly   o cc u p y in g   a  p o s itio n   with in   th e  to p   t h r ee   g lo b al   p r o d u ce r s ,   d r iv en   b y   s u s tain ed   in ter n atio n al  d em a n d   an d   th e  in cr ea s in g   p r ef e r en ce   f o r   h ig h - q u ality   f r u it  in   g lo b al  m ar k ets  [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h is   co n tex t  h ig h lig h ts   th e  u r g en t  n ee d   f o r   ef f icien t,   r eliab le,   an d   s ca lab le  m eth o d s   ca p ab le  o f   ass ess in g   in ter n al  q u ality   attr ib u tes  th at  d eter m i n e   co m m er cial  m atu r ity ,   s h elf   lif e,   an d   p o s th ar v est  p er f o r m an ce   [ 5 ] .   C o n v en tio n al  m atu r ity   ass ess m en t  tech n iq u es,  in clu d in g   f ir m n ess   test in g   an d   d r y   m atter   d eter m in atio n   ( co ef f icien ts   o f   d eter m in atio n   o r   R 2 ) ,   ar e   wid e ly   u s ed   b u t  p r esen t  s ig n if ican t   lim itatio n s .   T h ese  m eth o d s   ar e  d estru ctiv e,   la b o r - in te n s iv e,   tim e - co n s u m in g ,   an d   u n s u itab le  f o r   lar g e - s ca le  o r   r ea l - tim e   in d u s tr ial  ap p licatio n s   [ 6 ] – [ 8 ] .   As  a  r esp o n s e  to   th ese  co n s tr ain ts ,   n ea r - in f r ar ed   ( NI R )   s p ec tr o s co p y   h as   em er g ed   as  a  p r o m is in g   n o n - d estru ctiv e  alter n ativ e,   en ab li n g   r ap id   esti m atio n   o f   i n ter n a l  q u ality   p ar am eter s   s u ch   as  d r y   m atter ,   s u g ar   co n t en t,  an d   lip id   co n ce n tr atio n   w ith o u t  d am ag in g   th e  f r u it  [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   Owin g   to   its   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r in g   g lo b a l a n d   va r iety - s p ec ific e n s emb le  mo d els fo r   a vo ca d o   ma tu r ity  …  ( C h r is tia n   Ova lle)   2301   r ap id   ac q u is itio n ,   p o r tab ilit y ,   an d   r ea g e n t - f r ee   o p er atio n ,   NI R   s p ec tr o s co p y   h as b ee n   s u cc ess f u lly   d ep lo y ed   i n   b o th   lab o r ato r y   en v ir o n m en ts   an d   co m m er cial  p ac k in g   lin es,  p o s itio n in g   it  as  a  p r ac tic al  to o l  f o r   q u ality   co n tr o l in   t h e  ag r i - f o o d   in d u s tr y   [ 1 1 ] – [ 1 3 ] .   E x ten s iv e  r esear ch   h as  d em o n s tr ated   th e  ap p licab ilit y   o f   NI R   s p ec tr o s co p y   ac r o s s   a  wi d e  r an g e  o f   f r u its ,   in clu d in g   m an g o ,   ap p le ,   k iwi,  g r ap e,   an d   b an an a   [ 1 4 ] – [ 1 7 ] .   T r ad itio n ally ,   r eg r ess io n - b ased   tec h n iq u es   s u ch   as  p ar tial  least  s q u ar es  ( PLS)   an d   its   v ar ian ts ,   in clu d in g   d i - PLS,  h av e   b ee n   e m p lo y ed   to   m o d el  f r u it   m atu r ity .   Ho wev e r ,   th ei r   p r ed ictiv e  p er f o r m a n ce   is   o f t en   in f lu e n ce d   b y   c o n tex tu a l  f ac to r s   s u ch   a s   en v ir o n m en tal  c o n d itio n s ,   s ea s o n al  v ar ia b ilit y ,   an d   c u ltiv ar - s p ec if ic  ch ar ac ter is tics   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   I n   th e   s p ec if ic   ca s e  o f   av o ca d o ,   p r e v io u s   s tu d ies  u s in g   NI R   s p ec tr o s co p y   h av e  r ep o r ted   p r o m is in g   p r ed i ctiv e  ca p ab ilit ies  f o r   m atu r ity - r elate d   p ar am eter s ,   p ar ticu lar ly   d r y   m atter ,   f ir m n es s ,   an d   lip id   c o n ten t,   with   R 2   co m m o n l y   r an g in g   b etwe en   0 . 7 0   an d   0 . 8 0   [ 2 0 ] – [ 2 7 ] .   Alth o u g h   s o m e  wo r k s   h av e  ac h iev ed   h i g h er   ac cu r ac y   lev els  ( R 2   ≈ 0 . 9 8 )   th r o u g h   o p tim ized   ca lib r atio n   an d   c r o s s - v alid atio n   s tr ateg ies  [ 2 8 ] ,   t h ese  f in d in g s   a ls o   em p h asize  t h e   s en s itiv ity   o f   NI R - b ased   m o d e ls   to   m ea s u r em en t c o n d itio n s ,   s am p lin g   p r o to co ls ,   an d   s ea s o n al  ef f ec ts   [ 2 9 ] .   Mo r e  r ec e n t ly ,   ad v an c e s   in   m ac h in e  lea r n in g   ( ML )   h av e   co n tr ib u ted   t o   f u r t h er   im p r o v em en t s   i n   p r ed i ct iv e   p e r f o r m an ce .   Alg o r ith m s   s u ch   a s   co n v o lu tio n al  n eu r al   n e two r k s   ( C NN s )   an d   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in e s   ( S V Ms )   h a v e  d em o n s tr a ted   en h an c ed   f ea tu r e   e x tr a ct io n   an d   cl a s s if ic at io n   c ap ab il it ie s   in   H as s   av o ca d o   d a ta s et s   [ 3 0 ] .   De s p i te  th e s e  ad v an c e s ,   m o s t  ex i s tin g   s tu d ie s   f o cu s   o n   s in g le - v ar i ety   d a ta s e t s   o r   d ev e lo p   g en e r a li ze d   m o d el s   w it h o u t   e x p l ic it ly   ad d r e s s in g   th e   tr ad e - o f f   b e tw ee n   g lo b al   m o d el s   t r ai n ed   ac r o s s   m u l tip le  v ar ie ti es   an d   v ar ie ty - s p e cif ic   m o d e l s .   T h i s   g ap   is   p ar t icu lar ly   r el ev an t  i n   r e al - wo r l d   p r o d u ct io n   s y s tem s ,   wh er e  h ete r o g en eo u s   cu lt iv ar s   co e x is t  a n d   r eq u ir e  r o b u s t  y e t  a d ap t ab l e  p r ed ic t iv e   s o lu t io n s   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   W ith in   th is   f r am ewo r k ,   a n d   with   th e  o b jectiv e  o f   p r o m o tin g   th e  a d o p tio n   o f   n o n - d estru ctiv e  tech n o lo g ies  in   th e  Per u v ian   ag r o - e x p o r t  s ec to r ,   t h is   s tu d y   p r o p o s es  an   ap p r o ac h   b ased   o n   NI R   r ef lecta n ce   s p ec tr o s co p y   c o m b in e d   with   s u p er v is ed   ML   alg o r ith m s .   T h e  m ain   o b jectiv e  is   to   d ev el o p   a  n o n - in v asiv e   s y s tem   f o r   av o ca d o   m at u r ity   p r ed ictio n   a n d   t o   s y s tem atica lly   ev alu ate  p er f o r m a n ce   d if f er en ce s   b etwe en   g lo b al  m o d els  an d   v ar iety - s p ec if ic  m o d els.  B y   d o i n g   s o ,   t h e  s tu d y   aim s   to   o p tim ize   m a tu r ity   class if icatio n   an d   p o s th ar v est  m an ag em e n t   p r o ce s s es,  u ltima tely   co n tr i b u tin g   to   im p r o v ed   o p er atio n al  ef f icien cy   a n d   co m p etitiv en ess   in   in ter n atio n al  m ar k ets.   T h e  n o v elty   o f   th is   r esear ch   li es  in   th e  ap p licatio n   o f   e n s em b le  s tack in g   as  a  m atu r ity   class if icatio n   s tr ateg y ,   an   ap p r o ac h   th at  r em ain s   u n d er ex p lo r ed   in   NI R - b ased   av o ca d o   ass ess m en t.  Un lik e  in d iv id u al   p r ed ictiv e  m o d els,  s tack in g   in teg r ates  th e  co m p lem en t ar y   s tr en g th s   o f   m u ltip le  s u p er v is ed   lear n in g   alg o r ith m s   th r o u g h   a   m eta - lea r n in g   f r am ewo r k ,   r esu ltin g   in   im p r o v e d   p r ed ictiv e  ac c u r ac y   an d   g r ea ter   m o d el  s tab ilit y .   T h is   m eth o d o lo g ical   co n tr ib u tio n   n o t  o n ly   en h an c es  th e  r o b u s tn ess   o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem   b u t  also   f ac ilit ates  it s   in teg r atio n   in to   d ig ital  ag r ib u s in ess   p latf o r m s ,   in clu d in g   I o T - b ased   f ield   m o n ito r in g   s y s tem s ,   d ig ital  tr ac ea b ilit y   s o lu tio n s   in   s u p p ly   ch ain s ,   an d   Ag r ic u ltu r e  4 . 0   ap p licatio n s .   Fu r th e r m o r e,   th e   co m p a r ativ e   an aly s is   b etwe en   g l o b al  a n d   v ar iety - s p ec if ic   m o d els   p r o v id es  p r ac tical  g u id eli n es  f o r   lar g e - s ca le  im p lem en tatio n   i n   co m m er ci al  class if icatio n   s y s tem s .   Fin ally ,   th is   s tu d y   co n tr i b u tes  t o   th e   tech n o l o g ical  ad v an ce m e n t  o f   d ev elo p in g   c o u n tr ies  b y   p r o p o s in g   co m p u t atio n ally   ef f icien t,   s ca lab le,   a n d   in d u s tr y - o r ien ted   s o lu tio n s   th at  s u p p o r t  ex p o r t c o m p etitiv en ess   an d   f o s ter   in n o v atio n   in   th e   ag r icu ltu r al  s ec to r .       2.   M E T H O D   T h e  m eth o d o lo g y   o f   th is   s tu d y   was  s tr u ctu r ed   f o llo win g   th e  p h ases   o f   t h e  cr o s s - in d u s tr y   s tan d ar d   p r o ce s s   f o r   d ata  m in in g   ( C R I SP - DM )   f r am ewo r k   [ 3 1 ] .   T h e  ad o p tio n   o f   th is   f r a m ewo r k ,   a  wid ely   r ec o m m en d ed   p r ac tice   f o r   en s u r in g   r o b u s tn ess   in   ML   p r o j ec ts ,   was  ad ap ted   h er e   to   ad d r ess   a  ch em o m etr ic   class if icatio n   p r o b lem .   Ad h er i n g   to   a  s y s tem atic  wo r k f lo w  a lig n s   with   b est  p r ac tices  in   s p ec tr al  d ata  an al y s is ,   wh er e  a   r ig o r o u s   p r o ce s s   is   r e q u ir ed   f r o m   d ata  p r ep ar atio n   t o   f in al   m o d el  v alid atio n   [ 3 2 ] ,   [ 3 3 ] .   As  d etailed   i n   Fig u r e  1 ,   th e   p r o ce s s   b eg in s   with   r ef lecta n ce   ca p tu r e   ( 9 0 0 – 1 , 7 0 0   n m )   o f   7 0   s am p les  o f   th e  Hass   an d   Fu e r te   v ar ieties.  I n   an   in itial  p h ase,   t h e  d ata  u n d er g o   a  f i r s t  p r ep ar atio n   p ip elin e  ( Sav itzk y - Go la y   ( SG)   an d   s tan d ar d   n o r m al  v a r iate  ( SNV) ) .     S u b s e q u e n t ly ,   a   p r i n c i p a l   co m p o n en t   a n a ly s i s - b a s ed   o u t l ie r   d e t e c t io n   f i l t e r   ( P C A - O D )   w i t h   a   9 0 %   c o n f i d en c e   le v e l  a n d   f i v e  p r i n c i p a l  c o m p o n en t s   i s   ap p l i ed   i n d i v id u a l l y .   I n   th i s   s t e p ,   s c a n s   i d en t i f i ed   a s   o u t l i er s   a r e   d i s c ar d ed ,   an d   t h e   r e m a in i n g   s p e c tr a   ar e  t h e n   a v er a g e d   f o r   e a ch   m e a s u r e m en t   p o i n t.  S u b s e q u e n t ly ,   a   s e co n d   ch e m o m e t r i c   p i p e l i n e  i s   a p p li e d   g l o b a l l y   t o   a l l   s p e c tr a ,   i n t eg r a t in g   S N V    a n d   m in i m u m   n o i s e  f r a c t io n   ( M N F )   t r a n s f o r m a t i o n s ,   a  s e c o n d   SG - d er i v a t iv e  ( SG - D2 )   w i t h   a   s p e c t r a l  c l i p p in g   to   1 , 0 7 0 – 1 , 6 2 7   n m ,   a n d   G r a m - S ch m id t   ( G S )   to   en h an c e   c r i t ic a l   c h e m i c a l   p a t te r n s .   T h e   s y s t e m 's   s u c c e s s   l i e s   i n   co r r e l a t i n g   th e s e   d a t a  w i t h   th e  r ef e r en ce   v a r i ab l e  o f   d r y   m a t t er   ( %D M ) ,   o b t a i n ed   b y     t h e r m a l   d r y i n g   a t  7 0   ° C   f o r   2 4   h o u r s ,   a l l o w in g   m a t u r i t y   to   b e  c a t eg o r i z ed   in t o   th r ee   th r e s h o l d s :  <2 4 . 5 % ,   2 4 . 5 – 2 6 . 5 % ,   an d   ≥ 2 6 . 5 % .   Fi n a l l y ,   t h e   d a t a   f e e d s   th e   M L   m o d e l i n g   b lo ck ,   w h e r e  c l a s s i f i e r s   s u ch   a s   a d a p t iv e   b o o s t in g   ( A d a B o o s t ) ,  r an d o m   f o r e s t   ( RF ) ,  g r a d i en t   b o o s t i n g   ( G B ) ,   S V M ,   an d   k - n e a r e s t   n e i g h b o r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 3 0 0 - 2 3 1 3   2302   ( K N N )   a r e  d e p lo y ed ,   o p t i m iz e d   t h r o u g h   a  2 0 - f o l d   c r o s s - v a l i d a t io n .   R o b u s t n e s s   i s   v er i f i e d   u s in g   r ec e i v e r   o p er a t i n g   ch a r ac t e r i s t i c   ( R O C )   c u r v e s   an d   c o n f u s io n   m a tr i c e s ,   an d   p er f o r m an c e  i s   e v al u a t e d   w i t h   m e t r ic s   s u c h   a s   a r e a  u n d e r   t h e   c u r v e   ( AUC ) ,  c l a s s i f i c a t io n   a c cu r a c y ,   F1 - s c o r e ,  ac c u r a c y ,   r e ca l l ,   an d   M a tt h e w s   c o r r e l a t i o n   co e f f i c i en t   ( M C C ) .           Fig u r e  1 .   Me th o d o lo g ical  wo r k f lo w  f o r   th e  n o n - d estru ctiv e  class if icatio n   o f   av o ca d o   m atu r ity   u s in g   NI R   s p ec tr o s co p y   an d   ML       2 . 1 .     Sa m ple c o llect io n a nd   s elec t io n   T h is   s tu d y   was  co n d u cted   u s in g   Hass   an d   Fu er te  av o ca d o   s am p les  co llected   f r o m   a  ce r tifie d   co m m er cial  f ar m   lo ca ted   in   th e  Say a n – Hu ar a   ar ea ,   r e p r esen tativ e  o f   Per u ’ s   e x p o r t - o r ien ted   av o ca d o   p r o d u ctio n .   Fru its   wer e  in ten tio n ally   s elec ted   at  d if f er en t  m atu r ity   s tag es,  p r elim in ar ily   d eter m in ed   th r o u g h   v is u al  in s p ec tio n   ( p ee l  co l o r ) ,   tactile  f ir m n ess ,   an d   p o s th ar v est  co n d itio n .   T h is   in ten tio n al  s tr atif icatio n   en s u r ed   ad e q u ate  v a r iab ilit y   a n d   r ep r esen tativ en ess   o f   th e  d ataset  f o r   b o th   s p ec tr al  a n aly s is   an d   class if icatio n   m o d elin g .   T h e  d is tr ib u tio n   o f   s am p les b y   v ar iety   a n d   o r ig in   is   s u m m ar ized   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Descr ip tio n   o f   s am p l es u s ed   V a r i e t y   R e g i o n   Zo n e   Q u a n t i t y   H a ss   F i l e   S a y a n   70   S t r o n g   F i l e   S a y a n   70       2 . 2 .     Sp ec t ra l  a cquis it io n sy s t em   Sp ec tr al  d ata  wer e  ac q u ir ed   u s in g   an   Av aSp ec - NI R - 1 . 7   s p ec tr o m eter   o p er ated   th r o u g h   Av aSo f t  8 . 1 6   s o f twar e.   T h e  s y s tem   co v e r ed   a  wav elen g th   r an g e  o f   9 0 0 – 1 , 7 0 0   n m ,   with   a n   in teg r atio n   t im e  o f   5   m s   an d   a n   av er ag e  o f   8 0   s ca n s   p er   m ea s u r em en t  an d   an   a v o ca d o   d is tan ce   o f   3 – 5   m m ,   p r o v id i n g   s u f f icien t  s p ec tr al  r eso lu tio n   to   ca p tu r e   th e  m ai n   ab s o r p tio n   b an d s   ass o ciate d   with   wate r ,   lip id s ,   ca r b o h y d r ate s   an d   d r y   m atter   in   av o ca d o   p u lp   [ 2 9 ] ,   [ 3 4 ] .   All m ea s u r em en ts   wer e  r ec o r d ed   in   ab s o r b an ce   m o d e.     T o   en s u r e  m ea s u r em en t  c o n s is ten cy   an d   m i n im ize  v ar iab ili ty ,   a  f ib er - o p tic  p r o b e  eq u i p p ed   with   an   in teg r ated   h alo g en   lig h t  s o u r c e  was  p o s itio n ed   p er p e n d icu la r ly   to   th e  f r u it  s u r f ac e  u s in g   a   m ec h an ical  h o l d er   th at  m ain tain ed   a  f i x ed   a cq u i s itio n   d is tan ce .   Prio r   to   s p ec tr al  ac q u is itio n ,   th e   s y s tem   was  ca lib r ated   u s in g   a   wh ite  r ef er en ce   s tan d ar d   ( T ef lo n )   a n d   a   d ar k   r e f er en ce   to   co r r ec t  f o r   e n v ir o n m en t al  an d   in s tr u m en tal   in ter f er en ce s .   T h e   ex p e r im en t al  s etu p   an d   in s tr u m e n tatio n   a r e  illu s tr ated   in   Fig u r e  2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r in g   g lo b a l a n d   va r iety - s p ec ific e n s emb le  mo d els fo r   a vo ca d o   ma tu r ity  …  ( C h r is tia n   Ova lle)   2303       Fig u r e  2 .   Av aSp ec - NI R - 1 . 7   N I R   d ev ice       2 . 3 .     Sa m pli ng   a nd   s pect ra l a cquis it io n   A  s tan d ar d ized   s am p lin g   p r o t o co l  was  d esig n ed   t o   ca p tu r e  th e  r ep r esen tativ e  s p ec tr al  v ar iab ilit y   o f   ea ch   f r u it.  Fo u r   eq u id is tan t  m ea s u r em en t  p o in ts   wer e  m ar k ed   alo n g   th e  eq u ato r ial  r eg io n   o f   ea ch   av o ca d o .     At  ea ch   p o in t,   s p ec tr a  wer e  ac q u ir ed   u s in g   th e   Av aSp ec - NI R - 1 . 7   s p ec tr o m eter   o p er atin g   in   d if f u s e  r ef lecta n ce   m o d e   an d   co u p led   to   a   f ib e r - o p tic   p r o b e.   T o   m a x im ize  th e   s ig n al - to - n o is e  r ati o   ( SNR )   an d   en s u r e  r o b u s t  s p ec tr al  m ea s u r em en ts ,   ea ch   f in al  s p ec tr u m   was  o b tain ed   b y   av er ag i n g   8 0   co n s ec u tiv e  s ca n s   at  th e   s am e  p o in t.   T h is   p r o ce d u r e   r esu lted   i n   f o u r   h i g h - q u ality   r e p r esen tativ e  s p ec tr a   p er   f r u it,   wh ich   wer e   s u b s eq u en tly   u s ed   f o r   ch em o m etr ic  an aly s is   an d   m o d el  d e v elo p m en t.  All  s p ec tr al  d ata  wer e  co llected   with in   th e  9 0 0 – 1 , 7 0 0   n m   r an g e .   T h e  s am p le  p r e p ar atio n   a n d   s p ec tr al  ac q u is itio n   p r o ce s s   is   s h o wn   in   Fig u r e  3 ,  wh er e  Fig u r e  3 ( a)   s h o ws  th e  l ab el  o f   s am p les  f o r   id en tific at io n ,   Fig u r e  3 ( b )   s h o ws  th e  m a r k in g   o f   th e  a r ea   o f   an aly s is   o f   th e  s am p les ,   an d   Fi g u r e   3 ( c)   s h o ws th e  ac q u is itio n   o f   s p ec tr a .             ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r e  3 .   Pre p a r atio n   a n d   ac q u is itio n   o f   s p ec tr a  in   a v o ca d o   s am p les   of   ( a)   lab el  o f   s am p le s   f o r   id en tific atio n ,   ( b )   m ar k in g   o f   th e   ar ea   o f   an al y s is   o f   th e  s am p les,  an d   ( c )   ac q u is itio n   o f   s p ec tr a       2 . 4 .     B a s eline  a na ly s is   a nd   m a t urit y   cla s s if ica t io n   Fo r   m o d el  t r ain in g   a n d   v alid a tio n ,   %DM  was  s elec ted   as  th e  r ef er e n ce   v a r iab le  to   d ef in e  av o ca d o   m atu r ity   s tag es.  T h is   p ar am et er   is   wid ely   r ec o g n ized   in   th e   s cien tific   liter atu r e  a n d   b y   th e  av o ca d o   i n d u s tr y   as  a  r eliab le  in d icato r   o f   b o th   p h y s io lo g ical  an d   e d ib le   m atu r ity   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] .   Dr y   m atter   co n ten t   was  d eter m in ed   u s in g   th e   s tan d ar d   g r a v im etr ic  m et h o d .   Ap p r o x i m ately   1 0   g   o f   h o m o g en ized   p u lp   f r o m   ea ch   f r u it   wer e  weig h ed   u s in g   an   a n aly tical  b alan ce   with   a  p r ec is io n   o f   ± 0 . 0 0 1   g   an d   s u b s eq u en tl y   d r ied   in   a  f o r ce d - air   co n v ec tio n   o v en   at  7 0   °C   f o r   2 4   h o u r s   u n til  co n s tan t  weig h t   was  ac h iev ed .   T h e  co m p lete  d r y in g   a n d   an al y s is   p r o ce s s   is   illu s tr ated   in   Fig u r e  4 ,   wh er e   Fig u r e  4 ( a)   s h o w s   th e  p r e p ar atio n   o f   f r esh   s a m p les,  Fig u r e   4 ( b )   s h o ws  th e  h ea t  tr ea tm en t  i n   o v en ,   an d   Fig u r e  4 ( c )   s h o ws  th e  d eh y d r ated   s am p le s .   Fin ally ,   f o r   th e   d ev elo p m e n t  o f   th e  class if icatio n   m o d els,  ea ch   f r u it  was  ass ig n ed   to   o n e  o f   th r ee   ca te g o r ies  ‘ im m atu r e, ’   ‘ o p tim al  m atu r ity , ’   o r   ‘ o v e r r ip e’   b ased   o n   its   %DM  v alu e.   T h e   th r esh o l d s   u s ed   f o r   th is   ca teg o r izatio n ,   d er iv ed   f r o m   c o m m er cial  s tan d ar d s   o f   t h e  ex p o r t in d u s tr y   [ 3 7 ] ,   [ 3 8 ] ,   a r e  d etailed   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Av o ca d o   class if icatio n   th r esh o ld s   ac co r d in g   to   th e  %DM   M a t u r i t y   c a t e g o r y   %M S   u m b r a l   U n r i p e   < 2 4 . 5 %   O p t i mal   ma t u r i t y   2 4 . 5 %  ≤ %D M   ≤ 2 6 . 5 %   O v e r r i p e   ≥ 2 6 . 5 %     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 3 0 0 - 2 3 1 3   2304         ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r e  4 .   Dr y in g   p r o ce s s   o f   a v o ca d o   s am p les f o r   p h y s ical - ch em ical  an aly s is   of   ( a)   p r ep ar at io n   o f   f r esh   s am p les ,   ( b )   h ea t tr ea tm e n t in   o v en ,   a n d   ( c )   d e h y d r ate d   s am p les       2 . 5 .     P re pro ce s s ing   o f   s pect r a l da t a   R aw  NI R   s p ec tr a  ar e  o f ten   af f ec ted   b y   in s tr u m en tal  n o is e,   lig h t  s ca tter in g   ef f ec ts ,   a n d   b aselin e  v ar iatio n s .   T o   m itig ate  th ese  in ter f er en ce s   a n d   e n h an ce   ch em ically   r elev an t   in f o r m at io n ,   an   o p tim ized   p r ep r o ce s s in g   p ip elin e  was  ap p lied   p r io r   to   ch em o m etr ic  m o d elin g   [ 3 9 ] – [ 4 1 ] .   T o   o p tim ize  th e  SNR   an d   co r r ec t  f o r   p h y s ical  d is tu r b a n ce s   in   th e  s am p les,  a  p r ep r o c ess in g   wo r k f lo w  d iv id ed   in to   two   cr itical  p h ases   was im p lem en ted ,   f o llo win g   a   d u al - p ip elin e   ar ch itectu r e .   i)   I n d iv id u al  clea n in g   p h ase:  f i r s t,  th e  r aw  s p ec tr a   o f   e ac h   m ea s u r e m en t  p o in t   u n d er wen t  s ig n al   n o r m aliza tio n   u s in g   SG  s m o o th in g   ( 5 1 - p o i n t  win d o w,   s ec o n d - o r d er   p o ly n o m ial) ,   SNV  s m o o th in g ,   an d   th en   SG  an d   th e  f ir s t  d er iv ativ e  ( 1 9 - p o in t  win d o w,   s ec o n d - o r d er   p o ly n o m ial) .   T o   en s u r e  s am p le  p u r ity ,   o u tlier   d etec tio n   was  p er f o r m ed   u s in g   PC A - OD  with   a  9 0 %  co n f id en ce   lev el  a n d   5   co m p o n e n ts .   Scan s   id en tifie d   as  o u tlier s   wer e  s y s tem atica lly   r em o v e d ,   a n d   o n ly   th e  s p ec tr a  v alid   f o r   r e p r esen tin g   ea ch   f r u it   zo n e  wer e  av e r ag ed .   ii)   Glo b al  ch em o m etr ic  p ip elin e   p h ase:  o n ce   th e  d ataset  was  co n s o lid ated ,   a n   ad v an ce d   p ip elin e  wa s   ap p lied .   T h e   s eq u en ce   o f   th e   s ec o n d   p ip elin e  is   illu s tr ated   in   Fig u r e  5 ,   w h er e  Fig u r e   5 ( a)   s h o ws  th e  r aw   ab s o r b an ce   s p ec tr a   o f   all  p o in ts   an d   v ar iety ,   Fig u r e  5 ( b )   s h o ws   af ter   SNV  co r r ec tio n ,   Fig u r e  5 ( c)   s h o ws   af ter   MN F  n o is e  r ed u ctio n ,   Fig u r e  5 ( d )   s h o ws  af ter   t h e  s ec o n d   d e r iv ativ e  o f   SG,  an d   Fig u r e  5 ( e)   s h o ws   th e  f in al  s p ec tr a  af ter   Gau s s ian   s m o o th in g   an d   s p ec tr al  clip p in g ; a n d   c o n s is ted   o f   th e  f o llo win g   s tep s :   ‒   SNV:  a s   a  f ir s t  s tep ,   SNV  wa s   ap p lied   to   c o r r ec t  lig h t  s ca tter in g   v a r iatio n s   an d   o p tical  p a th   len g t h   d if f er en ce s   am o n g   s am p les,  s t an d ar d izin g   th e  s ca le  o f   e ac h   s p ec tr u m .   ‒   MN F  d en o is in g :  f o r   d ee p er   n o is e  r ed u ctio n   th a n   co n v en t io n al  s m o o th in g   m et h o d s ,   th e  MN F   tr an s f o r m   with   f iv e  co m p o n e n ts   was  em p lo y ed .   T h is   ad v a n ce d   tech n iq u e  was  cr u cial  to   s eg r eg ate   an d   elim in ate  m u ltiv ar iate  n o is e,   r etain in g   o n ly   th e  co m p o n e n ts   with   th e  h ig h est  SNR   f o r   s u b s eq u en t stag es.   ‒   SG   s m o o th in g   an d   s ec o n d   d er iv ativ e:  a   SG   f ilter   ( 1 7 - p o i n t w in d o w,   s ec o n d - o r d e r   p o ly n o m ial)   was  th en   ap p lied   f o r   s m o o th i n g   an d   s im u ltan eo u s   ca lcu latio n   o f   th e  s ec o n d   d er iv ativ e.   T h is   co m b in atio n   ef f ec tiv ely   r em o v es  b aselin e  s h if ts   an d   r eso lv es  o v er lap p in g   p ea k s ,   am p lify i n g   s u b tle  d if f er en ce s   ass o ciate d   with   ch em ical  co m p o s itio n .   ‒   Gau s s ian   s m o o th in g :  em p ir ic al  test s   s h o wed   th at  a  f in al  s m o o th in g   s tep   u s in g   a  lo w - im p ac t   Gau s s ian   f ilter   ( σ   =1 . 0 )   c o n tr i b u ted   t o   a d d itio n al  s p ec tr u m   s tab ilizatio n ,   elim in atin g   r esid u al  h ig h - f r eq u e n cy   n o is e  in tr o d u ce d   b y   d er iv atio n   with o u t d is to r tin g   p ea k s   o f   in ter est.   ‒   Sp ec tr al  tr im m in g :   f in ally ,   th e   s p ec tr al  r an g e  was  cr o p p e d   t o   1 , 0 7 0 – 1 , 6 2 7   n m   t o   f o cu s   th e   an aly s is   o n   th e  m o s t in f o r m ativ e   r eg io n   with   th e  h ig h est  SNR   f o r   d r y   m atter   p r e d ictio n   in   a v o ca d o .   I t  is   ac k n o wled g e d   th at  t h is   p ip elin e  is   m o r e  elab o r ate  th a n   co n v e n tio n al  p r ep r o ce s s in g   s eq u en ce s .   Ho wev er ,   d u r in g   th e   m o d el   o p tim izatio n   p h ase,   it  was  co n f ir m ed   th at   o m itti n g   a n y   o f   th e s e  s tep s   p ar ticu lar ly   MN F  d en o is in g   an d   th e  f in al  Gau s s ian   s m o o th in g   led   to   a  q u an tifia b le  d ec r ea s e  in   class if i ca tio n   p er f o r m an c e   ( lo wer   AUC  an d   MC C   in   c r o s s - v alid atio n ) .   T h e r ef o r e ,   th e  co m p lete  s eq u en ce   was  r etain ed   to   en s u r e   m ax im u m   r eliab ilit y   a n d   r o b u s tn ess   o f   th e  f in al  m o d els p r esen ted   in   th is   wo r k .     2 . 6 .     Dev el o pm ent   a nd   ev a lu a t io n o f   cla s s if ica t io n  m o dels   T h e  d ev elo p m en t  o f   th e  clas s if ier s   was   d esig n ed   u n d er   a   p r ed ictiv e  co m p u tatio n al  ar ch itectu r e  s tr u ctu r ed   ar o u n d   two   ap p r o ac h es:  i)   a  g lo b al  m o d el  tr ain ed   with   co m b in ed   d ata  f r o m   b o th   ‘ Hass ’   an d   ‘ Fu er te’   v a r ieties  an d   ii)  v ar iety - s p ec if ic  m o d els  in d iv id u ally   ca lib r ated   f o r   ea ch   cu ltiv ar .   T h is   m eth o d o l o g ical  co n t r ast  en ab led   th e  ev alu atio n   o f   wh eth e r   s p ec tr al  d if f er e n ce s   b etwe e n   cu ltiv ar s   ju s tify   d is tin ct  ca lib r atio n   s tr ateg ies  [ 2 1 ] ,   [ 4 2 ] ,   [ 4 3 ] .   T h e   p r e d ictiv e  p r o ce s s in g   wo r k f lo w  was  b ased   o n   a n   e n s em b le   s tack in g   p ip elin e,   in teg r atin g   m u ltip le  alg o r ith m s   as  b ase  lear n er s   an d   a  m eta - m o d e l  f o r   co m b i n atio n .   Sp ec if ically ,   th e  b ase  class if ier s   in clu d ed   R F,  GB ,   XGBo o s t,  ca teg o r ical  b o o s tin g   ( C at B o o s t ) ,   KNN,   an d   d ec is io n   tr ee s   ( DT ) ,   wh ile  th e  f u s io n   lay er   c o n s is ted   o f   a  lin ea r   r eg r ess io n   m eta - m o d el,   r esp o n s ib le  f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r in g   g lo b a l a n d   va r iety - s p ec ific e n s emb le  mo d els fo r   a vo ca d o   ma tu r ity  …  ( C h r is tia n   Ova lle)   2305   o p tim izin g   th e  weig h ted   co m b in atio n   o f   in d iv i d u al  p r ed ict io n s .   T o   en s u r e  tr ain in g   r o b u s tn ess   an d   m itig ate   o v er f itti n g ,   a  2 0 - f o l d   cr o s s - v alid atio n   s ch em e  was  ap p lie d   i n   all  ex p e r im en ts .   T h is   s tatis ti ca l  d esig n   en s u r e d   th at  ea ch   in s tan ce   o f   th e  d ata s et  was  u s ed   f o r   b o th   tr ain in g   an d   v alid atio n ,   th er e b y   r ed u cin g   b ias  in   er r o r   esti m atio n   an d   s tr en g th e n in g   m o d el  g e n er aliza tio n .   T h e  p er f o r m an ce   o f   th e  class if ier s   was  ev alu ated   u s in g   a  s et  o f   co m p lem e n tar y   m etr ics:   co n f u s io n   m atr ix ,   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   AUC,  an d   MCC ,   th e  latter   b ein g   p ar ticu lar ly   r o b u s t  in   m u lticlas s   cla s s if icatio n   co n tex ts   [ 4 4 ] .   Hy p e r p ar am ete r s   f o r   ea ch   alg o r ith m   wer e  au to m atica lly   o p tim ized   with in   th e  cr o s s - v alid atio n   f r a m ewo r k   t o   m a x im ize  p r e d ictiv e  p er f o r m a n ce .   I n   t h is   way ,   t h e  p r esen t   s tu d y   n o t   o n ly   co m p ar es  th e  ef f ec tiv en e s s   o f   g lo b al  v er s u s   v ar iety - s p ec if ic  m o d els  b u t  also   v alid ates  th e  r elev an ce   o f   en s em b le  s tack in g   as  a n   ad v an ce d   m eth o d o lo g ical  s tr at eg y   to   im p r o v e  t h e  s tab ilit y ,   s ca lab ilit y ,   an d   in ter p r etab ilit y   o f   av o ca d o   m a tu r ity   class if icatio n   s y s tem s .           ( a)   ( b )           ( c )   ( d )       ( e)     Fig u r e  5 .   Vis u aliza tio n   o f   th e  s p ec tr al  p r ep r o ce s s in g   wo r k f l o w   f o r   ( a)   r aw  a b s o r b an ce   s p ec tr a  o f   all  p o in ts   an d   v ar iety ,   ( b )   af ter   SNV  co r r ec tio n ,   ( c)   af ter   MN F n o is e  r e d u ctio n ,   ( d )   a f ter   th e  s ec o n d   d er iv ativ e  o f   SG ,  an d   ( e)   f in al  s p ec tr a  af ter   Gau s s ian   s m o o th in g   an d   s p ec tr al  c lip p in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 3 0 0 - 2 3 1 3   2306   3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th e  k e y   f in d in g s   o f   th e  s tu d y ,   in te g r atin g   th e  ex p lo r ato r y   an al y s is   o f   th e   s p ec tr al  d ata  with   th e  q u a n titativ e  ev alu atio n   o f   th e  cla s s if icatio n   m o d els.  Fiv e  ML   alg o r ith m s   wer e   co m p ar ed   u n d er   two   s tr ateg ic  ap p r o ac h es: a  g lo b al  m o d el  an d   v ar iety - s p ec if ic  m o d els.  I n   a d d itio n ,   th e  im p ac t   o f   th e  e n s em b le  s tack in g   tech n iq u e  was  ass ess ed   ag ain s t  in d iv id u al  m o d els,  with   th e   aim   o f   id e n tify in g   th e   m o s t r o b u s t a n d   ac cu r ate  s tr at eg y   f o r   th e  n o n - d estru ctiv e  cla s s if icatio n   o f   av o ca d o   m atu r it y   s tag es.     3 . 1 .     E x plo ra t o ry   da t a   a na l y s is   Fig u r e  6   p r esen ts   th e  av er ag e  p r ep r o ce s s ed   NI R   s p ec tr a  f o r   ea ch   m atu r ity   class   ( u n r ip e,   o p tim al   m atu r ity ,   an d   o v er r i p e )   ac r o s s   th e  wav elen g th   r a n g e  o f   1 , 0 7 0 – 1 , 6 2 7   n m   ( x - ax is :  wav elen g th   in   n m ;  y - ax is :   ab s o r b an ce ) .   Dis tin ct  s p ec tr al   p atter n s   ar e  o b s er v ed   am o n g   th e  th r ee   m atu r ity   s tag es,  in d icatin g   th at  NI R   s p ec tr o s co p y   ef f ec tiv ely   ca p tu r es  th e  p h y s ico ch em ical  ch an g es  ass o ciate d   with   th e  av o ca d o   r ip en in g   p r o ce s s ,   p ar ticu lar ly   th o s e  r elate d   to   d r y   m atter   ac cu m u latio n   a n d   co m p o s itio n al  s h if ts .   T o   f u r th e r   ex p lo r e   th e   in tr in s ic   s tr u ctu r e  o f   th e  s p ec tr al  d ata ,   PC A  wa s   ap p lied .   Fig u r e  7   illu s tr ates  th e  P C A  s co r e  p lo t,  wh er e  a  clea r   s ep ar atio n   o f   s am p les  alo n g   th e  f ir s t  p r in cip al  co m p o n en t  ( PC 1 )   is   o b s er v ed .   PC 1   i s   s tr o n g ly   co r r elate d   with   th e  m atu r ity   s tag e,   with   Un r i p e  s am p les  ( d r y   m atter   < 2 4 . 5 % )   clu s ter in g   p r e d o m in a n tly   o n   th e  p o s itiv e  s id e  o f   PC 1 ,   wh ile  o p tim al  m atu r ity   a n d   o v e r r ip e  s am p les o cc u p y   th e  n eg ativ e  PC 1   r eg io n .           Fig u r e  6 .   Av e r ag e  NI R   s p ec tr a  f o r   ea c h   m atu r ity   class           Fig u r e  7 .   P r in cip al  co m p o n en t   an aly s is                                                       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r in g   g lo b a l a n d   va r iety - s p ec ific e n s emb le  mo d els fo r   a vo ca d o   ma tu r ity  …  ( C h r is tia n   Ova lle)   2307   B ey o n d   m at u r ity - r elate d   s ep ar atio n ,   th e   PC A  also   r ev ea ls   a  p ar tial  b u t   co n s is ten t  s ep ar atio n   b etwe en   th e  two   av o ca d o   v ar ieties.  Hass   s am p les   ar e  m ain ly   co n ce n tr ated   o n   o n e  s id e  o f   th e  s p ec tr al  s p ac e,   wh er ea s   Fu er te  s am p les  s p an   a  b r o a d er   r a n g e  ac r o s s   m atu r it y   lev els.  T h is   v ar ietal   h eter o g en ei ty   p r o v id es  s tr o n g   em p ir ical  ev id en ce   s u p p o r tin g   th e  h y p o th esis   th at  a  s in g l e  g lo b al  m o d el  m a y   b e  lim it ed   b y   i n ter - v a r ietal  s p ec tr al  d if f er en ce s ,   wh er ea s   v ar iety - s p ec if ic  m o d els  ca n   b etter   ex p lo it  cu ltiv ar - d ep en d en t  s p ec tr al   s ig n atu r es.  T h ese  f in d i n g s   d ir e ctly   ju s tify   th e  co m p ar ativ e  m o d elin g   s tr ateg y   ad o p ted   in   th i s   s tu d y .     3 . 2 .     Co m pa riso n o f   a pp ro a c hes :   g lo ba l m o del v s .   s pecif ic  m o dels   T o   d ete r m i n e   t h e  m o s t  ef f ec ti v e  m o d e li n g   a p p r o a c h ,   a  s y s t em atic   c o m p ar is o n   was   c o n d u c te d   b e twe en   a  g l o b a l  m o d el   an d   v a r ie ty - s p ec i f ic   m o d els   f o r   F u e r t e  a n d   Hass .   F o r   ea c h   a p p r o a ch ,   f iv e   ML   al g o r it h m s   we r e   im p le m e n t ed ,   w it h   h y p e r p a r a m et er s   o p ti m i ze d   v ia   c r o s s - v al id a ti o n   t o   e n s u r e  a  f a ir   a n d   r o b u s t  co m p a r is o n .   T h e   q u a n tit ati v e   r esu lts   a r e   s u m m a r iz e d   i n   T ab les   3   t o   5 .   F o r   t h e   g l o b al   m o d el   ( T ab le   3 ) ,   t h e   b e s t  p e r f o r m a n c e   was   ac h ie v e d   u s in g   GB ,   wit h   a n   MCC   o f   0 . 5 2 6   a n d   a n   AUC  o f   0 . 8 6 3 .   W h i le  th ese   v al u es   in d ic at e  r e aso n a b l e   p r e d ic ti v e   ca p ab ilit y ,   th ey   w er e  c o n s is t e n tl y   s u r p ass e d   b y   t h e   v ar iet y - s p ec if ic   m o d els .       T ab le  3 .   G lo b al  m o d el  m et r ics r esu lts   M o d e l s   AUC   A c c u r a c y   F1 - sc o r e   P r e c i s i o n   R e c a l l   M C C   S V M   0 . 8 0 5   0 . 6 7 6   0 . 6 7 6   0 . 6 7 7   0 . 6 7 6   0 . 5 0 5   A d a Bo o st   0 . 7 0 8   0 . 6 1 1   0 . 6 1 1   0 . 6 1 1   0 . 6 1 3   0 . 4 1 1   GB   0 . 8 6 3   0 . 6 9 0   0 . 6 8 9   0 . 6 8 9   0 . 6 9 0   0 . 5 2 6   RF   0 . 8 4 7   0 . 6 8 1   0 . 6 8 0   0 . 6 8 1   0 . 6 8 1   0 . 5 1 2   K N N   0 . 8 3 4   0 . 6 2 4   0 . 6 2 4   0 . 6 2 4   0 . 6 2 4   0 . 4 2 6       T ab le  4 .   Stro n g   v a r iety   s p ec if i c  m o d el  m etr ic  r esu lts   M o d e l s   AUC   A c c u r a c y   F1 - sc o r e   P r e c i s i o n   R e c a l l   M C C   S V M   0 . 9 1 5   0 . 7 8 9   0 . 7 8 6   0 . 7 8 8   0 . 7 8 9   0 . 6 3 3   A d a Bo o st   0 . 8 2 2   0 . 8 0 3   0 . 8 0 2   0 . 8 0 2   0 . 8 0 3   0 . 6 6 2   GB   0 . 9 3 1   0 . 8 1 4   0 . 8 1 2   0 . 8 1 4   0 . 8 1 4   0 . 6 7 9   RF   0 . 9 3 3   0 . 8 1 7   0 . 8 1 5   0 . 8 1 5   0 . 8 1 6   0 . 6 8 4   K N N   0 . 9 1 8   0 . 7 8 1   0 . 7 8 2   0 . 7 8 2   0 . 7 8 1   0 . 6 2 7       T ab le  5 .   Hass   m an if o ld   s p ec if ic  m o d el  m etr ic  r esu lts   M o d e l s   AUC   A c c u r a c y   F1 - sc o r e   P r e c i s i o n   R e c a l l   M C C   S V M   0 . 8 5 8   0 . 7 2 0   0 . 7 2 0   0 . 7 3 2   0 . 7 2 0   0 . 5 8 0   A d a Bo o st   0 . 7 3 3   0 . 6 4 1   0 . 6 4 1   0 . 6 4 1   0 . 6 4 1   0 . 4 5 9   GB   0 . 8 7 7   0 . 7 1 4   0 . 7 1 4   0 . 7 1 5   0 . 7 1 4   0 . 5 6 8   RF   0 . 8 6 6   0 . 6 9 1   0 . 6 8 9   0 . 6 9 3   0 . 6 9 1   0 . 5 3 3   K N N   0 . 8 4 5   0 . 6 8 1   0 . 6 8 0   0 . 6 8 1   0 . 6 8 1   0 . 5 1 8       Fo r   th e  Fu er te  v a r iety   ( T a b le  4 ) ,   R F  ac h iev ed   th e   h ig h est  p er f o r m a n ce ,   r ea c h in g   a n   MCC   o f   0 . 6 8 4   an d   a n   AUC  o f   0 . 9 3 3 .   Similar ly ,   f o r   t h e  Hass   v ar iety   ( T ab l e  5 ) ,   th e  SVM  class if ier   y ield ed   th e   b est  b alan c e   b etwe en   d is cr im in atio n   an d   s tab ilit y ,   with   an   MCC   o f   0 . 6 3 3   an d   a n   AUC  o f   0 . 8 5 8 .   T h ese  r esu lts   clea r ly   d em o n s tr ate  th at  v ar iety - s p ec i f ic  ca lib r atio n   s tr ateg ies  o u tp er f o r m   th e  g lo b al  ap p r o ac h   a cr o s s   all  ev alu atio n   m etr ics.  T ab le  6   p r esen ts   th e  o p tim ized   h y p er p a r am eter s   f o r   all  ev alu ated   m o d els.  N o tab ly ,   th e  o p tim al  co n f ig u r atio n s   d if f e r   s u b s tan t ially   b etwe en   g lo b al  a n d   v a r i ety - s p ec if ic  m o d els,  f u r th er   r ein f o r cin g   th e  id ea   th at  cu ltiv ar - d ep en d en t  s p ec t r al  ch ar ac ter is tics   r eq u ir e  tai lo r ed   m o d elin g   s tr ateg ies  r at h er   th a n   a   u n if ie d   g lo b al  ca lib r atio n .   Fro m   a  m eth o d o lo g ical  p er s p ec tiv e,   e n s em b le - b ased   alg o r ith m s   p a r ticu lar ly   GB   an d   R F  co n s is ten tly   o u tp er f o r m ed   s i m p ler   class if ier s   s u ch   as  Ad aBo o s t  an d   KNN.   T h is   tr en d   s u g g ests   th at  th e   r elatio n s h ip   b etwe en   NI R   s p ec tr al  f ea tu r es  an d   av o ca d o   m atu r ity   is   g o v er n ed   b y   co m p lex ,   n o n - lin ea r   in ter ac tio n s   th at  ar e  b etter   ca p tu r ed   b y   en s em b le  lear n in g   tec h n iq u es.     3 . 3 .     Ana ly s is   o f   t he  bes t   perf o rm a nce  m o dels   Fo llo win g   th e  co n f ir m atio n   o f   th e  s u p er io r ity   o f   v ar iety - s p ec if ic  m o d els,  a  d etailed   a n aly s is   wa s   co n d u cte d   o n   th e  b est - p e r f o r m in g   class if ier   f o r   ea c h   v ar ie ty .   Fo r   th e  Fu e r te  v ar iety ,   R F  d em o n s tr ated   th e   h ig h est  r o b u s tn ess   an d   d is cr im in atio n   ca p ab ilit y .   Fig u r e  8   s h o ws  th e  co n f u s io n   m atr i x ,   wh er e  a  s tr o n g   co n ce n tr atio n   o f   p r ed ictio n s   alo n g   th e  m ain   d ia g o n al  in d ic ates  h ig h   class if icatio n   ac cu r ac y   ac r o s s   m atu r ity   s tag es.  Mo s t  m is class if icatio n s   o cc u r r ed   b etwe en   th e   o p tim al  m atu r ity   an d   o v er r ip e   class es,  wh ich   is   co n s is ten t  with   th e  o v er lap   o b s er v ed   in   th e  PC A  ( Fig u r e  7 )   an d   r ef lects  th e  co n tin u o u s   n a tu r e  o f   th e  r ip en i n g   p r o ce s s .   T h e  co r r esp o n d in g   R OC   cu r v es  ( Fig u r e  9 )   f u r t h er   v alid ate  th is   r o b u s tn ess ,   with   AUC  v alu e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 3 0 0 - 2 3 1 3   2308   ex ce ed in g   0 . 9 0   f o r   all  m at u r it y   class es,  co n f ir m in g   th e  m o d el’ s   s tr o n g   d is cr im in ato r y   p o wer .   I n   t h e  ca s e  o f   th e  Hass   v ar iety ,   th e  SVM  c lass if ier   ac h iev ed   th e  b est  co m p r o m is e  b etwe en   ac cu r ac y   an d   s tab ilit y .   T h e  co n f u s io n   m atr ix   p r esen te d   i n   Fig u r e   1 0   in d icate s   h ig h   s en s itiv ity   f o r   th e  o p tim al  m atu r ity   class   ( 8 0 . 2 %),   wh ile  p er f o r m an ce   f o r   th e  e x tr em e  class es wa s   m o r e  m o d e r a te:  6 9 . 8 % f o r   u n r ip e  an d   6 4 . 1 % f o r   o v e r r ip e.       T ab le  6 .   Mo d el - s p ec if ic  an d   g lo b al  h y p er p ar a m eter s   M o d e l s   S t r o n g   H a t r e d   G l o b a l   S V M   C o s t   : 1 0   Ep si l o n   r e g r e ssi o n :   0 . 1 0   K e r n e l   R B F   g :   1 . 0 5   C o s t :   8 . 5   Ep si l o n   r e g r e ssi o n :   0 . 2 0   K e r n e l   R B F   g :   1 . 0 5   C o s t :   1 . 0 5   Ep si l o n   r e g r e ssi o n :   0 . 2 0   K e r n e l   R B F   g :   0 . 9 7   A d a Bo o st   N u mb e r   o f   e s t i m a t o r s:   50   La r n i n g   r a t e :   0 . 0 1 0   Lo s s   r e g r e ssi o n :   s q u a r e   N u mb e r   o f   e s t i m a t o r s:   50   La r n i n g   r a t e :   0 . 0 1 0   Lo s s r e g r e ssi o n :   s q u a r e   N u mb e r   o f   e s t i m a t o r s:   50   La r n i n g   r a t e :   0 . 0 1 0   Lo s s r e g r e ssi o n :   s q u a r e   GB   M e t h o d :   X G B o o st   n u m b e r   o f   t r e e s:   2 0 0   Le a r n i n g   r a t e :   0 . 3 0   M e t h o d :   X G B o o st   n u m b e r   o f   t r e e s:   2 0 0   Le a r n i n g   r a t e :   0 . 3 0   M e t h o d :   X G B o o st   n u m b e r   o f   t r e e s:   1 0 0   Le a r n i n g   r a t e :   0 . 3 0   RF   N u mb e r   o f   t r e e s:   350   N u mb e r   o f   t r e e :   250   N u mb e r   o f   t r e e :   100   K N N   N u mb e r   o f   n e i g h b o r s:   3   M e t r i c :   E u c l i d e a n   W e i g h t :   b y   d i s t a n c e s   N u mb e r   o f   n e i g h b o r s:   3   M e t r i c :   E u c l i d e a n   W e i g h t :   b y   d i s t a n c e s   N u mb e r   o f   n e i g h b o r s:   8   M e t r i c :   E u c l i d e a n   W e i g h t :   b y   d i s t a n c e s           Fig u r e  8 .   S tr o n g   av o ca d o   co n f u s io n   m atr ix       T h e  an aly s is   o f   th e  m atr i x   r e v ea ls   h ig h   s en s itiv ity   f o r   th e  ‘ r i p e’   class   ( 2 4 . 5 – 2 6 . 5 ) ,   with   an   ac cu r ac y   o f   8 0 . 2 %.  Ho wev e r ,   p er f o r m a n ce   was  m o r e   m o d e r ate  f o r   th e  ex tr em e  class es,  with   s en s itiv ities   o f   6 9 . 8 %  f o r   ‘ u n r ip e ’   ( < 2 4 . 5 )   a n d   6 4 . 1 %  f o r   ‘ o v er r ip e’   ( ≥ 2 6 . 5 ) .   No ta b ly ,   th e   m ain   s o u r ce   o f   er r o r   f o r   b o th   ‘ u n r ip e’   an d   ‘ o v er r i p e’   was  th eir   m is class if icatio n   as  ‘ r ip e’   ( 2 5 . 0 %  an d   2 8 . 3 %  o f   th e  tim e,   r esp ec tiv ely ) .   T h is   s u g g ests   th at,   f o r   th e  ‘ Hass ’   v a r iety ,   th e  s p ec tr al  ch ar ac ter is tics   o f   th e  in ter m ed iate  class   ten d   to   o v er lap   s ig n if ican tly   with   th o s e  o f   th e   ea r l y   an d   la te  s tag es,  p r esen tin g   a   m o r e   c o m p lex   class if icatio n   ch allen g e  co m p ar ed   to   th e   ‘ Fu er te’   v ar iety .   T h e  m o d el  d em o n s tr ates  s tr o n g   d is cr im in atio n   a b ilit y   ac r o s s   all  class es,  with   AUC  v alu es  o f   0 . 8 7 1   f o r   ‘ u n r ip e , ’   0 . 8 9 8   f o r   ‘ r ip e , ’   an d   0 . 8 6 3   f o r   ‘ o v er r ip e. ’   T h es e  co n s is ten tly   h ig h   v alu es  co n f ir m   th at  th e  SVM   m o d el  p o s s ess e s   s tr o n g   p r e d ictiv e  p o ten tial  f o r   th e   ‘ Hass ’   v ar iety .   T h e  ap p ar en t  d is cr ep an cy   b etwe en   th e   h ig h   AUC  an d   t h e  m o r e  m o d er ate  s en s itiv ities   in   th e  ex tr e m e  class es  in d icate s   th at,   alth o u g h   th e  m o d el  is   ef f ec tiv e  at   r an k in g   p r o b ab il ities ,   d ef in in g   a  s in g le   cu to f f   th r esh o l d   f o r   f in al   class if ic atio n   is   in h e r en tly   ch allen g in g   d u e  to   class   o v er lap .   T o   co n tex tu alize   th e  f i n d in g s   o f   th is   s tu d y ,   it  is   ess en tial   to   co m p ar e  th e m   with   th e  cu r r en t  s tate    o f   th e   ar t.   Pre v io u s   r esear c h   o n   NI R   s p ec tr o s co p y   f o r   av o ca d o   q u ality   ass ess m en t  h as  p r ed o m in an tly   em p lo y ed   r eg r ess io n - b ased   m eth o d s ,   p ar tic u lar ly   PLS,  to   p r ed ict  q u a n titativ e  p ar am eter s   s u ch   as  d r y   m atter   co n ten t.  R ep o r ted   R 2   co ef f icien ts   ty p ically   r an g e  f r o m   0 . 6 2   to   0 . 9 8   u n d er   co n tr o lled   la b o r ato r y   co n d itio n s   [ 1 0 ] ,   [ 2 6 ] ,   [ 2 8 ] .   Alth o u g h   th e s e  m o d els  h av e  p r o v e n   v alu a b le  f o r   q u an titativ e  p r e d ictio n ,   th eir   ap p licatio n   in   in d u s tr ial  en v ir o n m e n ts   r em ain s   lim ited   d u e   to   th e   n ee d   f o r   f r eq u e n t  r ec alib r atio n   an d   th e   ch allen g es   ass o ciate d   with   tr an s f er r in g   m o d els  to   d y n am ic,   r ea l - tim e  class if icat io n   s y s tem s .   I n   c o n tr ast,  th e  p r esen t  s tu d y   ap p r o ac h es  th e  p r o b lem   f r o m   a  class if icatio n   p er s p ec tiv e,   wh ich   is   m o r e  co m p at ib le  with   au to m ated   s o r tin g   s y s tem s   an d   p o s th ar v e s t q u ality   m an ag em e n t o p e r atio n s .   R eg ar d in g   t h e  e n s em b le  s tack in g   s tr ateg y ,   r esu lts   d em o n s tr ated   th at   co m b i n in g   m u ltip le   alg o r ith m s   co n s is ten tly   o u tp er f o r m ed   in d iv id u al  class if ier s ,   im p r o v in g   b o th   ac cu r ac y   an d   p r ed ictiv e  s tab ilit y .   T h is   tr en d   alig n s   with   f in d in g s   f r o m   r ec en t  s tu d ies  o n   tr o p ical  f r u it  cl ass if icatio n   u s in g   ML   [ 3 0 ] ,   wh er e  s tack in g - b ased   f r am ewo r k s   ac h iev e d   ac cu r ac y   g ain s   o f   5 – 1 0 %  co m p ar ed   t o   b aselin e  m o d els.  I n   o u r   ca s e ,   en s em b le  s tack in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r in g   g lo b a l a n d   va r iety - s p ec ific e n s emb le  mo d els fo r   a vo ca d o   ma tu r ity  …  ( C h r is tia n   Ova lle)   2309   also   r ed u ce d   in te r - ca m p ai g n   v ar iab ilit y   an d   en h a n ce d   m o d el  r o b u s tn ess   f o r   u n d er r ep r esen ted   m atu r ity   ca teg o r ies an   im p o r tan t f ac to r   f o r   o p er atio n al  d ep lo y m en t in   h eter o g en e o u s   p r o d u ctio n   co n tex ts .                 Fig u r e  9 .   St r o n g   av o ca d o   R OC   cu r v e  ch ar t  f o r   ea c h   m atu r it y   th r esh o ld         Fig u r e  1 0 .   Hass   av o ca d o   c o n f u s io n   m atr ix       W h en   co m p ar e d   to   p r ev io u s   PLS - DA  m o d els  ap p lied   to   av o ca d o   [ 4 5 ] ,   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   ac h iev ed   a   m o r e   b alan ce d   a n d   r eliab le   class if icatio n   ac r o s s   all  ca teg o r ies.  W h er ea s   th e  r ef er e n ce d   s tu d y   r ep o r ted   lim ited   p er f o r m an ce   f o r   in ter m ed iate  m at u r ity   ( F1 - s co r e  =0 . 3 2 ) ,   th e   m o d el  o b tain ed   F1   v alu es   ex ce ed in g   0 . 7 8 ,   al o n g   with   h i g h   MCC   an d   AUC  s co r es  ac r o s s   clas s es.  T h ese  r esu lt s   in d icate   th at  ad v an ce d   ML   alg o r ith m s   p ar ticu lar ly   wh en   co m b in ed   th r o u g h   s tack in g   a r e  m o r e  ca p ab le  o f   m an ag in g   o v e r lap p in g   s p ec tr al  p atter n s   an d   th e   in h er en t c o m p lex ity   o f   th e   av o ca d o   r ip en in g   p r o ce s s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.