KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제16권8호
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pp.2606-2626
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2022
In this paper, a unmanned aerial vehicle (UAV) access deployment algorithm is proposed, which is based on an improved virtual force model to solve the poor coverage quality of UAVs caused by limited number of UAVs and random mobility of users in the deployment process of UAV base station. First, the UAV-adapted Harris Hawks optimization (U-AHHO) algorithm is proposed to maximize the coverage of users in a given hotspot. Then, a virtual force improvement model based on user perception (UP-VFIM) is constructed to sense the mobile trend of mobile users. Finally, a UAV motion algorithm based on multi-virtual force sharing (U-MVFS) is proposed to improve the ability of UAVs to perceive the moving trend of user equipments (UEs). The UAV independently controls its movement and provides follow-up services for mobile UEs in the hotspot by computing the virtual force it receives over a specific period. Simulation results show that compared with the greedy-grid algorithm with different spacing, the average service rate of UEs of the U-AHHO algorithm is increased by 2.6% to 35.3% on average. Compared with the baseline scheme, using UP-VFIM and U-MVFS algorithms at the same time increases the average of 34.5% to 67.9% and 9.82% to 43.62% under different UE numbers and moving speeds, respectively.
Determining the properties of pile from cone penetration test (CPT) is costly, and need several in-situ tests. At the present study, two novel hybrid learning models, namely PSO-RF and HHO-RF, which are an amalgamation of random forest (RF) with particle swarm optimization (PSO) and Harris hawks optimization (HHO) were developed and applied to predict the pile set-up parameter "A" from CPT for the design aim of the projects. To forecast the "A," CPT data along were collected from different sites in Louisiana, where the selected variables as input were plasticity index (PI), undrained shear strength (Su), and over consolidation ratio (OCR). Results show that both PSO-RF and HHO-RF models have acceptable performance in predicting the set-up parameter "A," with R2 larger than 0.9094, representing the admissible correlation between observed and predicted values. HHO-RF has better proficiency than the PSO-RF model, with R2 and RMSE equal to 0.9328 and 0.0292 for the training phase and 0.9729 and 0.024 for testing data, respectively. Moreover, PI and OBJ indices are considered, in which the HHO-RF model has lower results which leads to outperforming this hybrid algorithm with respect to PSO-RF for predicting the pile set-up parameter "A," consequently being specified as the proposed model. Therefore, the results demonstrate the ability of the HHO algorithm in determining the optimal value of RF hyperparameters than PSO.
This paper presents six novel hybrid machine learning (ML) models that combine support vector machines (SVM), Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Gradient Boosting (GB), extreme gradient boosting (XGB), and categorical gradient boosting (CGB) with the Harris Hawks Optimization (HHO) algorithm. These models, namely HHO-SVM, HHO-DT, HHO-RF, HHO-GB, HHO-XGB, and HHO-CGB, are designed to predict the ultimate strength of both rectangular and circular reinforced concrete (RC) columns. The prediction models are established using a comprehensive database consisting of 325 experimental data for rectangular columns and 172 experimental data for circular columns. The ML model hyperparameters are optimized through a combination of cross-validation technique and the HHO. The performance of the hybrid ML models is evaluated and compared using various metrics, ultimately identifying the HHO-CGB model as the top-performing model for predicting the ultimate shear strength of both rectangular and circular RC columns. The mean R-value and mean a20-index are relatively high, reaching 0.991 and 0.959, respectively, while the mean absolute error and root mean square error are low (10.302 kN and 27.954 kN, respectively). Another comparison is conducted with four existing formulas to further validate the efficiency of the proposed HHO-CGB model. The Shapely Additive Explanations method is applied to analyze the contribution of each variable to the output within the HHO-CGB model, providing insights into the local and global influence of variables. The analysis reveals that the depth of the column, length of the column, and axial loading exert the most significant influence on the ultimate shear strength of RC columns. A user-friendly graphical interface tool is then developed based on the HHO-CGB to facilitate practical and cost-effective usage.
Studying slope stability is an important branch of civil engineering. In this way, engineers have employed machine learning models, due to their high efficiency in complex calculations. This paper examines the robustness of various novel optimization schemes, namely equilibrium optimizer (EO), Harris hawks optimization (HHO), water cycle algorithm (WCA), biogeography-based optimization (BBO), dragonfly algorithm (DA), grey wolf optimization (GWO), and teaching learning-based optimization (TLBO) for enhancing the performance of adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) in slope stability prediction. The hybrid models estimate the factor of safety (FS) of a cohesive soil-footing system. The role of these algorithms lies in finding the optimal parameters of the membership function in the fuzzy system. By examining the convergence proceeding of the proposed hybrids, the best population sizes are selected, and the corresponding results are compared to the typical ANFIS. Accuracy assessments via root mean square error, mean absolute error, mean absolute percentage error, and Pearson correlation coefficient showed that all models can reliably understand and reproduce the FS behavior. Moreover, applying the WCA, EO, GWO, and TLBO resulted in reducing both learning and prediction error of the ANFIS. Also, an efficiency comparison demonstrated the WCA-ANFIS as the most accurate hybrid, while the GWO-ANFIS was the fastest promising model. Overall, the findings of this research professed the suitability of improved intelligent models for practical slope stability evaluations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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