Dong-Hun Shin;Moon-Ghu Park;Hae-Yong Jeong;Jae-Yong Lee;Jung-Uk Sohn;Do-Yeon Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4607-4616
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2023
We implement machine learning regression models to predict peak pressures of primary and secondary systems, a major safety concern in Loss Of Condenser Vacuum (LOCV) accident. We selected the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety-KINS standard (MARS-KS) code to analyze the LOCV accident, and the reference plant is the Korean Optimized Power Reactor 1000MWe (OPR1000). eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) is selected as a machine learning tool. The MARS-KS code is used to generate LOCV accident data and the data is applied to train the machine learning model. Hyperparameter optimization is performed using a simulated annealing. The randomly generated combination of initial conditions within the operating range is put into the input of the XGBoost model to predict the peak pressure. These initial conditions that cause peak pressure with MARS-KS generate the results. After such a process, the error between the predicted value and the code output is calculated. Uncertainty about the machine learning model is also calculated to verify the model accuracy. The machine learning model presented in this paper successfully identifies a combination of initial conditions that produce a more conservative peak pressure than the values calculated with existing methodologies.
High turbidity in source water can have adverse effects on water treatment plant operations and aquatic ecosystems, necessitating turbidity management. Consequently, research aimed at predicting river turbidity continues. This study developed a multi-class classification model for prediction of turbidity using LightGBM (Light Gradient Boosting Machine), a representative ensemble machine learning algorithm. The model utilized data that was classified into four classes ranging from 1 to 4 based on turbidity, from low to high. The number of input data points used for analysis varied among classes, with 945, 763, 95, and 25 data points for classes 1 to 4, respectively. The developed model exhibited precisions of 0.85, 0.71, 0.26, and 0.30, as well as recalls of 0.82, 0.76, 0.19, and 0.60 for classes 1 to 4, respectively. The model tended to perform less effectively in the minority classes due to the limited data available for these classes. To address data imbalance, the SMOTE (Synthetic Minority Over-sampling Technique) algorithm was applied, resulting in improved model performance. For classes 1 to 4, the Precision and Recall of the improved model were 0.88, 0.71, 0.26, 0.25 and 0.79, 0.76, 0.38, 0.60, respectively. This demonstrated that alleviating data imbalance led to a significant enhancement in Recall of the model. Furthermore, to analyze the impact of differences in input data composition addressing the input data imbalance, input data was constructed with various ratios for each class, and the model performances were compared. The results indicate that an appropriate composition ratio for model input data improves the performance of the machine learning model.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.10
no.3
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pp.461-466
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2024
Korean local governments operates the participatory budgeting system autonomously. This study is to classify these entities into clusters. Among the diverse machine learning methodologies(Neural Network, Rule Induction(CN2), KNN, Decision Tree, Random Forest, Gradient Boosting, SVM, Naïve Bayes), the Support Vector Machine technique emerged as the most efficacious in the analysis of 2022 Korean municipalities data. The first cluster C1 is characterized by minimal committee activity but a substantial allocation of participatory budgeting; another cluster C3 comprises cities that exhibit a passive stance. The majority of cities falls into the final cluster C2 which is noted for its proactive engagement in. Overall, most Korean local government operates the participatory busgeting system in good shape. Only a small number of cities is less active in this system. We anticipate that analyzing time-series data from the past decade in follow-up studies will further enhance the reliability of classifying local government types regarding participatory budgeting.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.5
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pp.519-532
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2024
Anomaly detection for the penetration rate of tunnel boring machines (TBMs) is crucial for effective risk management in TBM tunnel projects. However, previous machine learning models for predicting the penetration rate have struggled with imbalanced data between normal and abnormal penetration rates. This study aims to enhance the performance of machine learning-based anomaly detection for the penetration rate by utilizing a data augmentation technique to address this data imbalance. Initially, six input features were selected through correlation analysis. The lowest and highest 10% of the penetration rates were designated as abnormal classes, while the remaining penetration rates were categorized as a normal class. Two prediction models were developed, each trained on an original training set and an oversampled training set constructed using SMOTE (synthetic minority oversampling technique): an XGB (extreme gradient boosting) model and an XGB-SMOTE model. The prediction results showed that the XGB model performed poorly for the abnormal classes, despite performing well for the normal class. In contrast, the XGB-SMOTE model consistently exhibited superior performance across all classes. These findings can be attributed to the data augmentation for the abnormal penetration rates using SMOTE, which enhances the model's ability to learn patterns between geological and operational factors that contribute to abnormal penetration rates. Consequently, this study demonstrates the effectiveness of employing data augmentation to manage imbalanced data in anomaly detection for TBM penetration rates.
Kim, Hyun-Su;Kim, Yukyung;Lee, So Yeon;Jang, Jun Su
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.83-90
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2024
Machine learning is widely applied to various engineering fields. In structural engineering area, machine learning is generally used to predict structural responses of building structures. The aging deterioration of reinforced concrete structure affects its structural behavior. Therefore, the aging deterioration of R.C. structure should be consider to exactly predict seismic responses of the structure. In this study, the machine learning based seismic response prediction model was developed. To this end, four machine learning algorithms were employed and prediction performance of each algorithm was compared. A 3-story coupled shear wall structure was selected as an example structure for numerical simulation. Artificial ground motions were generated based on domestic site characteristics. Elastic modulus, damping ratio and density were changed to considering concrete degradation due to chloride penetration and carbonation, etc. Various intensity measures were used input parameters of the training database. Performance evaluation was performed using metrics like root mean square error, mean square error, mean absolute error, and coefficient of determination. The optimization of hyperparameters was achieved through k-fold cross-validation and grid search techniques. The analysis results show that neural networks and extreme gradient boosting algorithms present good prediction performance.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.27
no.9
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pp.13-20
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2022
It's proposed and analyzed ML(Machine Learning) models to predict vehicle FC(Fuel Consumption) in real-time. The test driving was done for a car to measure vehicle speed, acceleration, road gradient and FC for training dataset. The various ML models were trained with feature data of speed, acceleration and road-gradient for target FC. There are two kind of ML models and one is regression type of linear regression and k-nearest neighbors regression and the other is classification type of k-nearest neighbors classifier, logistic regression, decision tree, random forest and gradient boosting in the study. The prediction accuracy is low in range of 0.5 ~ 0.6 for real-time FC and the classification type is more accurate than the regression ones. The prediction error for total FC has very low value of about 0.2 ~ 2.0% and regression models are more accurate than classification ones. It's for the coefficient of determination (R2) of accuracy score distributing predicted values along mean of targets as the coefficient decreases. Therefore regression models are good for total FC and classification ones are proper for real-time FC prediction.
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2023.07a
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pp.537-538
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2023
본 논문에서는 사람에게서 나타나는 생체 특성과 흡연여부의 상관관계 분석을 위해 랜덤 포레스트와 그래디언트 부스팅 트리의 두 가지 기계학습 알고리즘을 사용하였다. 연구에 사용된 데이터는 국민건강보험공단에서 제공하고 Kaggle에서 취합하여 정리한 건강검진 정보를 사용하였다. 분류 모델의 학습에 있어 혈청 정보가 높은 관계성을 보일 것으로 예상하였으나, 실제 결과는 성별이 가장 큰 영향을 끼치는 것으로 확인되었다.
In this paper, we propose a method for diagnosing overload and working load of collaborative robots through performance analysis of machine learning algorithms. To this end, an experiment was conducted to perform pick & place operation while changing the payload weight of a cooperative robot with a payload capacity of 10 kg. In this experiment, motor torque, position, and speed data generated from the robot controller were collected, and as a result of t-test and f-test, different characteristics were found for each weight based on a payload of 10 kg. In addition, to predict overload and working load from the collected data, machine learning algorithms such as Neural Network, Decision Tree, Random Forest, and Gradient Boosting models were used for experiments. As a result of the experiment, the neural network with more than 99.6% of explanatory power showed the best performance in prediction and classification. The practical contribution of the proposed study is that it suggests a method to collect data required for analysis from the robot without attaching additional sensors to the collaborative robot and the usefulness of a machine learning algorithm for diagnosing robot overload and working load.
International Journal of Advanced Culture Technology
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v.10
no.4
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pp.499-510
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2022
This study examines the reporting factors of crime against business in Korea and proposes a corresponding predictive model using machine learning. While many previous studies focused on the individual factors of theft victims, there is a lack of evidence on the reporting factors of crime against a business that serves the public good as opposed to those that protect private property. Therefore, we proposed a crime prevention model for the willingness factor of theft reporting in businesses. This study used data collected through the 2015 Commercial Crime Damage Survey conducted by the Korea Institute for Criminal Policy. It analyzed data from 834 businesses that had experienced theft during a 2016 crime investigation. The data showed a problem with unbalanced classes. To solve this problem, we jointly applied the Synthetic Minority Over Sampling Technique and the Tomek link techniques to the training data. Two prediction models were implemented. One was a statistical model using logistic regression and elastic net. The other involved a support vector machine model, tree-based machine learning models (e.g., random forest, extreme gradient boosting), and a stacking model. As a result, the features of theft price, invasion, and remedy, which are known to have significant effects on reporting theft offences, can be predicted as determinants of such offences in companies. Finally, we verified and compared the proposed predictive models using several popular metrics. Based on our evaluation of the importance of the features used in each model, we suggest a more accurate criterion for predicting var.
Fly ash, granulated blast furnace slag, marble waste powder, etc. are just some of the by-products of other sectors that the construction industry is looking to include into the many types of concrete they produce. This research seeks to use surrogate machine learning methods to forecast the compressive strength of self-compacting concrete. The surrogate models were developed using Gradient Boosting Machine (GBM), Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), and Gaussian Process Regression (GPR) techniques. Compressive strength is used as the output variable, with nano silica content, cement content, coarse aggregate content, fine aggregate content, superplasticizer, curing duration, and water-binder ratio as input variables. Of the four models, GBM had the highest accuracy in determining the compressive strength of SCC. The concrete's compressive strength is worst predicted by GPR. Compressive strength of SCC with nano silica is found to be most affected by curing time and least by fine aggregate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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