Bilmez, Bayram;Toker, Ozan;Alp, Selcuk;Oz, Ersoy;Icelli, Orhan
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.310-317
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2022
The mass attenuation coefficient is the primary physical parameter to model narrow beam gamma-ray attenuation. A new machine learning based approach is proposed to model gamma-ray shielding behavior of composites alternative to theoretical calculations. Two fuzzy logic algorithms and a neural network algorithm were trained and tested with different mixture ratios of vanadium slag/epoxy resin/antimony in the 0.05 MeV-2 MeV energy range. Two of the algorithms showed excellent agreement with testing data after optimizing adjustable parameters, with root mean squared error (RMSE) values down to 0.0001. Those results are remarkable because mass attenuation coefficients are often presented with four significant figures. Different training data sizes were tried to determine the least number of data points required to train sufficient models. Data set size more than 1000 is seen to be required to model in above 0.05 MeV energy. Below this energy, more data points with finer energy resolution might be required. Neuro-fuzzy models were three times faster to train than neural network models, while neural network models depicted low RMSE. Fuzzy logic algorithms are overlooked in complex function approximation, yet grid partitioned fuzzy algorithms showed excellent calculation efficiency and good convergence in predicting mass attenuation coefficient.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.13
no.3
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pp.186-199
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2013
We pose pattern classification as a density estimation problem where we consider mixtures of generative models under partially labeled data setups. Unlike traditional approaches that estimate density everywhere in data space, we focus on the density along the decision boundary that can yield more discriminative models with superior classification performance. We extend our earlier work on the recursive estimation method for discriminative mixture models to semi-supervised learning setups where some of the data points lack class labels. Our model exploits the mixture structure in the functional gradient framework: it searches for the base mixture component model in a greedy fashion, maximizing the conditional class likelihoods for the labeled data and at the same time minimizing the uncertainty of class label prediction for unlabeled data points. The objective can be effectively imposed as individual mixture component learning on weighted data, hence our mixture learning typically becomes highly efficient for popular base generative models like Gaussians or hidden Markov models. Moreover, apart from the expectation-maximization algorithm, the proposed recursive estimation has several advantages including the lack of need for a pre-determined mixture order and robustness to the choice of initial parameters. We demonstrate the benefits of the proposed approach on a comprehensive set of evaluations consisting of diverse time-series classification problems in semi-supervised scenarios.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.6
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pp.705-713
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2006
For the analysis of multiunit extracellular neural signals as multiple spike trains, neural spike sorting is essential. Existing algorithms for the spike sorting have been unsatisfactory when the signal-to-noise ratio(SNR) is low, especially for implementation of fully-automated systems. We present a novel method that shows satisfactory performance even under low SNR, and compare its performance with a recent method based on principal component analysis(PCA) and fuzzy c-means(FCM) clustering algorithm. Our system consists of a spike detector that shows high performance under low SNR, a feature extractor that utilizes projection pursuit based on negentropy maximization, and an unsupervised classifier based on Gaussian mixture model. It is shown that the proposed feature extractor gives better performance compared to the PCA, and the proposed combination of spike detector, feature extraction, and unsupervised classification yields much better performance than the PCA-FCM, in that the realization of fully-automated unsupervised spike sorting becomes more feasible.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2004.10a
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pp.335-338
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2004
본 논문에서는 기존의 정보량(Entropy) 기반 클러스터링 기법을 향상시키기 위한 방법으로서 퍼지 정보량을 이용하였다 가우시안 혼합 모델을 이용하면, 프로토타입의 목적 함수를 이용하는 클러스터링 기법보다 향상된 결과를 얻을 수 있고, Parameter의 조정이 요구되지 않는다. 그러나, 가우시안 혼합 모델의 사용은 주어진 패턴 집합을 클러스터링하는데 계산량의 증가를 초래하게 된다. 본 논문에서는 가우시안 혼합 모델의 정형화에 요구되는 계산량을 감소시키는 방법을 제시한다 또한 퍼지정보량(Fuzzy Entropy)을 적용하여 기존의 정보량 기반의 클러스터링 결과와 비교 분석하였다.
Among artificial intelligence-based computational techniques, adaptive neuro-fuzzy inference systems (ANFIS) are particularly suitable for modelling complex systems with known input-output data sets. Such systems can be efficient in modelling non-linear, complex and ambiguous behaviour of cement-based materials undergoing single, dual or multiple damage factors of different forms (chemical, physical and structural). Due to the well-known complexity of sulfate attack on cement-based materials, the current work investigates the use of ANFIS to model the behaviour of a wide range of self-consolidating concrete (SCC) mixture designs under various high-concentration sodium sulfate exposure regimes including full immersion, wetting-drying, partial immersion, freezing-thawing, and cyclic cold-hot conditions with or without sustained flexural loading. Three ANFIS models have been developed to predict the expansion, reduction in elastic dynamic modulus, and starting time of failure of the tested SCC specimens under the various high-concentration sodium sulfate exposure regimes. A fuzzy inference system was also developed to predict the level of aggression of environmental conditions associated with very severe sodium sulfate attack based on temperature, relative humidity and degree of wetting-drying. The results show that predictions of the ANFIS and fuzzy inference systems were rational and accurate, with errors not exceeding 5%. Sensitivity analyses showed that the trends of results given by the models had good agreement with actual experimental results and with thermal, mineralogical and micro-analytical studies.
Due to the discontinuous nature of uncertainty quantification in conventional evidence theory(ET), the computational cost of reliability analysis based on ET model is very high. A novel ET model based on fuzzy distribution and the corresponding combination rule to synthesize the judgments of experts are put forward in this paper. The intersection and union of membership functions are defined as belief and plausible membership function respectively, and the Murfhy's average combination rule is adopted to combine the basic probability assignment for focal elements. Then the combined membership functions are transformed to the equivalent probability density function by a normalizing factor. Finally, a reliability analysis procedure for structures with the mixture of epistemic and aleatory uncertainties is presented, in which the equivalent normalization method is adopted to solve the upper and lower bound of reliability. The effectiveness of the procedure is demonstrated by a numerical example and an engineering example. The results also show that the reliability interval calculated by the suggested method is almost identical to that solved by conventional method. Moreover, the results indicate that the computational cost of the suggested procedure is much less than that of conventional method. The suggested ET model provides a new way to flexibly represent epistemic uncertainty, and provides an efficiency method to estimate the reliability of structures with the mixture of epistemic and aleatory uncertainties.
In this study, we analyze the behavior of concrete which contains zeolite and diatomite. In order to achieve the goal, we utilize expert system methods. The utilized methods are artificial neural network and adaptive network-based fuzzy inference systems. In this respect, we exploit seven different mixes of concrete. The concrete mixes contain zeolite, diatomite, mixture of zeolite and diatomite. All seven concrete mixes are exposed to 28, 56 and 90 days' compressive strength experiments with 63 specimens. The results of the compressive strength experiments are used as input data during the training and testing of expert system methods. In terms of artificial neural network and adaptive network-based fuzzy models, data format comprises seven input parameters, which are; the age of samples (days), amount of Portland cement, zeolite, diatomite, aggregate, water and hyper plasticizer. On the other hand, the output parameter is defined as the compressive strength of concrete. In the models, training and testing results have concluded that both expert system model yield thrilling medium to predict the compressive strength of concrete containing zeolite and diatomite.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.16
no.4
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pp.246-253
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2016
Infrared (IR) imaging has been researched for various applications such as surveillance. IR radiation has the capability to detect thermal characteristics of objects under low-light conditions. However, automatic segmentation for finding the object of interest would be challenging since the IR detector often provides the low spatial and contrast resolution image without color and texture information. Another hindrance is that the image can be degraded by noise and clutters. This paper proposes multi-level segmentation for extracting regions of interest (ROIs) and objects of interest (OOIs) in the IR scene. Each level of the multi-level segmentation is composed of a k-means clustering algorithm, an expectation-maximization (EM) algorithm, and a decision process. The k-means clustering initializes the parameters of the Gaussian mixture model (GMM), and the EM algorithm estimates those parameters iteratively. During the multi-level segmentation, the area extracted at one level becomes the input to the next level segmentation. Thus, the segmentation is consecutively performed narrowing the area to be processed. The foreground objects are individually extracted from the final ROI windows. In the experiments, the effectiveness of the proposed method is demonstrated using several IR images, in which human subjects are captured at a long distance. The average probability of error is shown to be lower than that obtained from other conventional methods such as Gonzalez, Otsu, k-means, and EM methods.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.12
no.1
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pp.1-5
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2012
Data reduction has been used widely in data mining for convenient analysis. Principal component analysis (PCA) and factor analysis (FA) methods are popular techniques. The PCA and FA reduce the number of variables to avoid the curse of dimensionality. The curse of dimensionality is to increase the computing time exponentially in proportion to the number of variables. So, many methods have been published for dimension reduction. Also, data augmentation is another approach to analyze data efficiently. Support vector machine (SVM) algorithm is a representative technique for dimension augmentation. The SVM maps original data to a feature space with high dimension to get the optimal decision plane. Both data reduction and augmentation have been used to solve diverse problems in data analysis. In this paper, we compare the strengths and weaknesses of dimension reduction and augmentation for classification and propose a classification method using data reduction for classification. We will carry out experiments for comparative studies to verify the performance of this research.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.2
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pp.647-669
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2016
Multiple attribute for decision making including user preference will increase the complexity of route selection process. Various approaches have been proposed to solve the optimal route selection problem. In this paper, multi attribute decision making (MADM) algorithms such as Simple Additive Weighting (SAW), Weighted Product Method (WPM), Analytic Hierarchy Process (AHP) method and Total Order Preference by Similarity to the Ideal Solution (TOPSIS) methods have been proposed for acoustic signature based optimal route selection to facilitate user with better quality of service. The traffic density state conditions (very low, low, below medium, medium, above medium, high and very high) on the road segment is the occurrence and mixture weightings of traffic noise signals (Tyre, Engine, Air Turbulence, Exhaust, and Honks etc) is considered as one of the attribute in decision making process. The short-term spectral envelope features of the cumulative acoustic signals are extracted using Mel-Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) and Adaptive Neuro-Fuzzy Classifier (ANFC) is used to model seven traffic density states. Simple point method and AHP has been used for calculation of weights of decision parameters. Numerical results show that WPM, AHP and TOPSIS provide similar performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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