Kim, Wonsu;Jang, Dongmin;Park, Sung Won;Yang, MyungSeok
Journal of Information Science Theory and Practice
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v.10
no.spc
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pp.135-142
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2022
Recently, with the development of data processing technology and the increase of computational power, methods to solving social problems using Artificial Intelligence (AI) are in the spotlight, and AI technologies are replacing and supplementing existing traditional methods in various fields. Meanwhile in Korea, heavy rain is one of the representative factors of natural disasters that cause enormous economic damage and casualties every year. Accurate prediction of heavy rainfall over the Korean peninsula is very difficult due to its geographical features, located between the Eurasian continent and the Pacific Ocean at mid-latitude, and the influence of the summer monsoon. In order to deal with such problems, the Korea Meteorological Administration operates various state-of-the-art observation equipment and a newly developed global atmospheric model system. Nevertheless, for precipitation nowcasting, the use of a separate system based on the extrapolation method is required due to the intrinsic characteristics associated with the operation of numerical weather prediction models. The predictability of existing precipitation nowcasting is reliable in the early stage of forecasting but decreases sharply as forecast lead time increases. At this point, AI technologies to deal with spatio-temporal features of data are expected to greatly contribute to overcoming the limitations of existing precipitation nowcasting systems. Thus, in this project the dataset required to develop, train, and verify deep learning-based precipitation nowcasting models has been constructed in a regularized form. The dataset not only provides various variables obtained from multiple sources, but also coincides with each other in spatio-temporal specifications.
Recently, various researches on medical image generation have been suggested, and it becomes crucial to accurately evaluate the quality and diversity of the generated medical images. For this purpose, the expert's visual turing test, feature distribution visualization, and quantitative evaluation through IS and FID are evaluated. However, there are few methods for quantitatively evaluating medical images in terms of fidelity and diversity. In this paper, images are generated by learning a chest CT dataset of non-small cell lung cancer patients through DCGAN and PGGAN generative models, and the performance of the two generative models are evaluated in terms of fidelity and diversity. The performance is quantitatively evaluated through IS and FID, which are one-dimensional score-based evaluation methods, and Precision and Recall, Improved Precision and Recall, which are two-dimensional score-based evaluation methods, and the characteristics and limitations of each evaluation method are also analyzed in medical imaging.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.23
no.4
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pp.222-227
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2022
In this paper, we implemented a Korean text generation and classification model based on a deep learning algorithm that can be applied to various industries. It consists of two implemented GAN-based Korean handwriting generation models and CNN-based Korean handwriting classification models. The GAN model consists of a generator model for generating fake Korean handwriting data and a discriminator model for discriminating fake handwritten data. In the case of the CNN model, the model was trained using the 'PHD08' dataset, and the learning result was 92.45. It was confirmed that Korean handwriting was classified with % accuracy. As a result of evaluating the performance of the classification model by integrating the Korean cursive data generated through the implemented GAN model and the training dataset of the existing CNN model, it was confirmed that the classification performance was 96.86%, which was superior to the existing classification performance.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.11
no.2
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pp.67-72
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2022
Recently, various intelligent application services using artificial intelligence are being actively developed. In particular, research on artificial intelligence-based real-time prediction services is being actively conducted in the manufacturing industry, and the demand for artificial intelligence services that can detect and predict fire and odors is very high. However, most of the existing detection and prediction systems do not predict the occurrence of fires and odors, but rather provide detection services after occurrence. This is because AI-based prediction service technology is not applied in existing systems. In addition, fire prediction, odor detection and odor level prediction services are services with ultra-low delay characteristics. Therefore, in order to provide ultra-low-latency prediction service, edge computing technology is combined with artificial intelligence models, so that faster inference results can be applied to the field faster than the cloud is being developed. Therefore, in this paper, we propose an LSTM algorithm-based learning model that can be used for fire prediction and odor detection/prediction, which are most required in the manufacturing industry. In addition, the proposed learning model is designed to be implemented in edge devices, and it is proposed to receive real-time sensor data from the IoT terminal and apply this data to the inference model to predict fire and odor conditions in real time. The proposed model evaluated the prediction accuracy of the learning model through three performance indicators, and the evaluation result showed an average performance of over 90%.
Since the growing interest in surrogate modeling, there has been continuous research aimed at simulating nonlinear chemical processes using data-driven machine learning. However, the opaque nature of machine learning models, which limits their interpretability, poses a challenge for their practical application in industry. Therefore, this study aims to analyze chemical processes using Explainable Artificial Intelligence (XAI), a concept that improves interpretability while ensuring model accuracy. While conventional sensitivity analysis of chemical processes has been limited to calculating and ranking the sensitivity indices of variables, we propose a methodology that utilizes XAI to not only perform global and local sensitivity analysis, but also examine the interactions among variables to gain physical insights from the data. For the ammonia synthesis process, which is the target process of the case study, we set the temperature of the preheater leading to the first reactor and the split ratio of the cold shot to the three reactors as process variables. By integrating Matlab and Aspen Plus, we obtained data on ammonia production and the maximum temperatures of the three reactors while systematically varying the process variables. We then trained tree-based models and performed sensitivity analysis using the SHAP technique, one of the XAI methods, on the most accurate model. The global sensitivity analysis showed that the preheater temperature had the greatest effect, and the local sensitivity analysis provided insights for defining the ranges of process variables to improve productivity and prevent overheating. By constructing alternative models for chemical processes and using XAI for sensitivity analysis, this work contributes to providing both quantitative and qualitative feedback for process optimization.
Zhihua Xiong;Zhuoxi Liang;Xuyao Liu;Markus Feldmann;Jiawen Li
Steel and Composite Structures
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v.48
no.5
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pp.531-545
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2023
Composite dowels are implemented as a powerful alternative to headed studs for the efficient combination of Ultra High-Performance Concrete (UHPC) with high-strength steel in novel composite structures. They are required to provide sufficient shear resistance and ensure the transmission of tensile forces in the composite connection in order to prevent lifting of the concrete slab. In this paper, the load bearing capacity of puzzle-shaped and clothoidal-shaped dowels encased in UHPC specimen were investigated based on validated experimental test data. Considering the influence of the embedment depth and the spacing width of shear dowels, the characteristics of UHPC square plate on the load bearing capacity of composite structure, 240 numeric models have been constructed and analyzed. Three artificial intelligence approaches have been implemented to learn the discipline from collected experimental data and then make prediction, which includes Artificial Neural Network-Particle Swarm Optimization (ANN-PSO), Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and an Extreme Learning Machine (ELM). Among the factors, the embedment depth of composite dowel is proved to be the most influential parameter on the load bearing capacity. Furthermore, the results of the prediction models reveal that ELM is capable to achieve more accurate prediction.
Kim, Yeon-Joong;Kim, Tae-Woo;Yoon, Jong-Sung;Kim, In-Ho
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.5
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pp.427-434
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2019
Artificial intelligence (AI)-aided research currently enjoys active use in a wide array of fields thanks to the rapid development of computing capability and the use of Big Data. Until now, forecasting methods were primarily based on physics models and statistical studies. Today, AI is utilized in disaster prevention forecasts by studying the relationships between physical factors and their characteristics. Current studies also involve combining AI and physics models to supplement the strengths and weaknesses of each aspect. However, prior to these studies, an optimization algorithm for the AI model should be developed and its applicability should be studied. This study aimed to improve the forecast performance by constructing a model for neural network optimization. An artificial neural network (ANN) followed the ever-changing path of a typhoon to produce similar typhoon predictions, while the optimization achieved by the neural network algorithm was examined by evaluating the activation function, hidden layer composition, and dropouts. A learning and test dataset was constructed from the available digital data of one typhoon that affected Korea throughout the record period (1951-2018). As a result of neural network optimization, assessments showed a higher degree of forecast accuracy.
Hyun-woo Lee;Tae-hyun Han;Yeong-ji Park;Tae-jin Lee
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.33
no.3
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pp.411-425
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2023
Today, AI (Artificial Intelligence) technology is widely used in various fields, performing classification and regression tasks according to the purpose of use, and research is also actively progressing. Especially in the field of security, unexpected threats need to be detected, and unsupervised learning-based anomaly detection techniques that can detect threats without adding known threat information to the model training process are promising methods. However, most of the preceding studies that provide interpretability for AI judgments are designed for supervised learning, so it is difficult to apply them to unsupervised learning models with fundamentally different learning methods. In addition, previously researched vision-centered AI mechanism interpretation studies are not suitable for application to the security field that is not expressed in images. Therefore, In this paper, we use a technique that provides interpretability for detected anomalies by searching for and comparing optimization references, which are the source of intrusion attacks. In this paper, based on reference, we propose additional logic to search for data closest to real data. Based on real data, it aims to provide a more intuitive interpretation of anomalies and to promote effective use of an anomaly detection model in the security field.
Many of the recent investigations in the field of geotechnical engineering focused on the bearing capacity theories of multilayered soil. A number of factors affect the bearing capacity of the soil, such as soil properties, applied overburden stress, soil layer thickness beneath the footing, and type of design analysis. An extensive number of finite element model (FEM) simulation was performed on a prototype slope with various abovementioned terms. Furthermore, several non-linear artificial intelligence (AI) models are developed, and the best possible neural network system is presented. The data set is from 3443 measured full-scale finite element modeling (FEM) results of a circular shallow footing analysis placed on layered cohesionless soil. The result is used for both training (75% selected randomly) and testing (25% selected randomly) the models. The results from the predicted models are evaluated and compared using different statistical indices (R2 and RMSE) and the most accurate model BBO (R2=0.9481, RMSE=4.71878 for training and R2=0.94355, RMSE=5.1338 for testing) and TLBO (R2=0.948, RMSE=4.70822 for training and R2=0.94341, RMSE=5.13991 for testing) are presented as a simple, applicable formula.
Hossein Moayedi;Mesut Gor;Mansour Mosallanezhad;Soheil Ghareh;Binh Nguyen Le
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.4
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pp.439-453
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2024
The research findings of two nonlinear machine learning and soft computing models- the Cuckoo optimization algorithm (COA) and the Teaching-learning-based optimization (TLBO) in combination with artificial neural network (ANN)-are presented in this article. Detailed finite element modeling (FEM) of a shallow footing on two layers of cohesionless soil provided the data sets. The models are trained and tested using the FEM outputs. Additionally, various statistical indices are used to compare and evaluate the predicted and calculated models, and the most precise model is then introduced. The most precise model is recommended to estimate the solution after the model assessment process. When the anticipated findings are compared to the FEM data, there is an excellent agreement, which indicates that the TLBO-MLP solutions in this research are reliable (R2=0.9816 for training and 0.99366 for testing). Additionally, the optimized COA-MLP network with a swarm size of 500 was observed to have R2 and RMSE values of (0.9613 and 0.11459) and (0.98017 and 0.09717) for both the normalized training and testing datasets, respectively. Moreover, a straightforward formula for the soft computing model is provided, and an excellent consensus is attained, indicating a high level of dependability for the suggested model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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