Yoon, Hyun Jin;Jeong, Young Jin;Kang, Hyun;Jeong, Ji Eun;Kang, Do-Young
Progress in Medical Physics
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v.30
no.2
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pp.49-58
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2019
Purpose: Automated analytical systems have begun to emerge as a database system that enables the scanning of medical images to be performed on computers and the construction of big data. Deep-learning artificial intelligence (AI) architectures have been developed and applied to medical images, making high-precision diagnosis possible. Materials and Methods: For diagnosis, the medical images need to be labeled and standardized. After pre-processing the data and entering them into the deep-learning architecture, the final diagnosis results can be obtained quickly and accurately. To solve the problem of overfitting because of an insufficient amount of labeled data, data augmentation is performed through rotation, using left and right flips to artificially increase the amount of data. Because various deep-learning architectures have been developed and publicized over the past few years, the results of the diagnosis can be obtained by entering a medical image. Results: Classification and regression are performed by a supervised machine-learning method and clustering and generation are performed by an unsupervised machine-learning method. When the convolutional neural network (CNN) method is applied to the deep-learning layer, feature extraction can be used to classify diseases very efficiently and thus to diagnose various diseases. Conclusions: AI, using a deep-learning architecture, has expertise in medical image analysis of the nerves, retina, lungs, digital pathology, breast, heart, abdomen, and musculo-skeletal system.
Machine learning (ML) is a method of fitting given data to a mathematical model to derive insights or to predict. In the age of big data, where the amount of available data increases exponentially due to the development of information technology and smart devices, ML shows high prediction performance due to pattern detection without bias. The feature engineering that generates the features that can explain the problem to be solved in the ML process has a great influence on the performance and its importance is continuously emphasized. Despite this importance, however, it is still considered a difficult task as it requires a thorough understanding of the domain characteristics as well as an understanding of source data and the iterative procedure. Therefore, we propose methods to apply deep learning for solving the complexity and difficulty of feature extraction and improving the performance of ML model. Unlike other techniques, the most common reason for the superior performance of deep learning techniques in complex unstructured data processing is that it is possible to extract features from the source data itself. In order to apply these advantages to the business problems, we propose deep learning based methods that can automatically extract features from transaction data or directly predict and classify target variables. In particular, we applied techniques that show high performance in existing text processing based on the structural similarity between transaction data and text data. And we also verified the suitability of each method according to the characteristics of transaction data. Through our study, it is possible not only to search for the possibility of automated feature extraction but also to obtain a benchmark model that shows a certain level of performance before performing the feature extraction task by a human. In addition, it is expected that it will be able to provide guidelines for choosing a suitable deep learning model based on the business problem and the data characteristics.
The machine-vision based structural displacement measurement methods are widely used due to its flexible deployment and non-contact measurement characteristics. The accuracy of vision measurement is directly related to the image resolution. In the field of computer vision, super-resolution reconstruction is an emerging method to improve image resolution. Particularly, the deep-learning based image super-resolution methods have shown great potential for improving image resolution and thus the machine-vision based measurement. In this article, we firstly review the latest progress of several deep learning based super-resolution models, together with the public benchmark datasets and the performance evaluation index. Secondly, we construct a binocular visual measurement platform to measure the distances of the adjacent corners on a chessboard that is universally used as a target when measuring the structure displacement via machine-vision based approaches. And then, several typical deep learning based super resolution algorithms are employed to improve the visual measurement performance. Experimental results show that super-resolution reconstruction technology can improve the accuracy of distance measurement of adjacent corners. According to the experimental results, one can find that the measurement accuracy improvement of the super resolution algorithms is not consistent with the existing quantitative performance evaluation index. Lastly, the current challenges and future trends of super resolution algorithms for visual measurement applications are pointed out.
Jae Cheol Oh;Seok Young Park;Jin Bong Kim;Hong Kyu Jang;Ji Hoon Kim;Woo-Kyoung Lee
Composites Research
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v.36
no.2
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pp.92-100
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2023
In this paper, a machine learning and deep learning model for the design of circuit analog (CA) radar absorbing structure with a cross-dipole pattern on a glass fiber fabric reinforced plastic is presented. The proposed model can directly calculate reflection loss in the Ku-band (12-18 GHz) without three-dimensional electromagnetic numerical analysis based on the geometry of the Cross-Dipole pattern. For this purpose, the optimal learning model was derived by applying various machine learning and deep learning techniques, and the results calculated by the learning model were compared with the electromagnetic wave absorption characteristics obtained by 3D electromagnetic wave numerical analysis to evaluate the comparative advantages of each model. Most of the implemented models showed similar calculated results to the numerical results, but it was found that the Fully-Connected model could provide the most similar calculated results.
Using an extensive database, a sensitivity analysis across fifteen machine learning (ML) classifiers was conducted to evaluate the impact of various data manipulation techniques, evaluation metrics, and explainability tools. The results of this sensitivity analysis reveal that the examined models can achieve an accuracy ranging from 72-93% in predicting the fire-induced spalling of concrete and denote the light gradient boosting machine, extreme gradient boosting, and random forest algorithms as the best-performing models. Among such models, the six key factors influencing spalling were maximum exposure temperature, heating rate, compressive strength of concrete, moisture content, silica fume content, and the quantity of polypropylene fiber. Our analysis also documents some conflicting results observed with the deep learning model. As such, this study highlights the necessity of selecting suitable models and carefully evaluating the presence of possible outcome biases.
The increased turbidity in rivers during flood events has various effects on water environmental management, including drinking water supply systems. Thus, prediction of turbid water is essential for water environmental management. Recently, various advanced machine learning algorithms have been increasingly used in water environmental management. Ensemble machine learning algorithms such as random forest (RF) and gradient boosting decision tree (GBDT) are some of the most popular machine learning algorithms used for water environmental management, along with deep learning algorithms such as recurrent neural networks. In this study GBDT, an ensemble machine learning algorithm, and gated recurrent unit (GRU), a recurrent neural networks algorithm, are used for model development to predict turbidity in a river. The observation frequencies of input data used for the model were 2, 4, 8, 24, 48, 120 and 168 h. The root-mean-square error-observations standard deviation ratio (RSR) of GRU and GBDT ranges between 0.182~0.766 and 0.400~0.683, respectively. Both models show similar prediction accuracy with RSR of 0.682 for GRU and 0.683 for GBDT. The GRU shows better prediction accuracy when the observation frequency is relatively short (i.e., 2, 4, and 8 h) where GBDT shows better prediction accuracy when the observation frequency is relatively long (i.e. 48, 120, 160 h). The results suggest that the characteristics of input data should be considered to develop an appropriate model to predict turbidity.
Elshoky, Basma Ramdan Gamal;Younis, Eman M.G.;Ali, Abdelmgeid Amin;Ibrahim, Osman Ali Sadek
ETRI Journal
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v.44
no.4
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pp.613-623
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2022
Autism spectrum disorder (ASD) is a developmental disorder associated with cognitive and neurobehavioral disorders. It affects the person's behavior and performance. Autism affects verbal and non-verbal communication in social interactions. Early screening and diagnosis of ASD are essential and helpful for early educational planning and treatment, the provision of family support, and for providing appropriate medical support for the child on time. Thus, developing automated methods for diagnosing ASD is becoming an essential need. Herein, we investigate using various machine learning methods to build predictive models for diagnosing ASD in children using facial images. To achieve this, we used an autistic children dataset containing 2936 facial images of children with autism and typical children. In application, we used classical machine learning methods, such as support vector machine and random forest. In addition to using deep-learning methods, we used a state-of-the-art method, that is, automated machine learning (AutoML). We compared the results obtained from the existing techniques. Consequently, we obtained that AutoML achieved the highest performance of approximately 96% accuracy via the Hyperpot and tree-based pipeline optimization tool optimization. Furthermore, AutoML methods enabled us to easily find the best parameter settings without any human efforts for feature engineering.
The prevalence of metabolic syndrome (MetS) and its cost are increasing due to lifestyle changes and aging. This study aimed to develop a deep neural network model for prediction and classification of MetS according to nutrient intake and other MetS-related factors. This study included 17,848 individuals aged 40-69 years from the Korea National Health and Nutrition Examination Survey (2013-2018). We set MetS (3-5 risk factors present) as the dependent variable and 52 MetS-related factors and nutrient intake variables as independent variables in a regression analysis. The analysis compared and analyzed model accuracy, precision and recall by conventional logistic regression, machine learning-based logistic regression and deep learning. The accuracy of train data was 81.2089, and the accuracy of test data was 81.1485 in a MetS classification and prediction model developed in this study. These accuracies were higher than those obtained by conventional logistic regression or machine learning-based logistic regression. Precision, recall, and F1-score also showed the high accuracy in the deep learning model. Blood alanine aminotransferase (β = 12.2035) level showed the highest regression coefficient followed by blood aspartate aminotransferase (β = 11.771) level, waist circumference (β = 10.8555), body mass index (β = 10.3842), and blood glycated hemoglobin (β = 10.1802) level. Fats (cholesterol [β = -2.0545] and saturated fatty acid [β = -2.0483]) showed high regression coefficients among nutrient intakes. The deep learning model for classification and prediction on MetS showed a higher accuracy than conventional logistic regression or machine learning-based logistic regression.
Gui Rae Jo;Beomsu Baek;Young Soon Kim;Dong Hoon Lim
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.11
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pp.1-11
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2023
Breast cancer is the disease that affects women the most worldwide. Due to the development of computer technology, the efficiency of machine learning has increased, and thus plays an important role in cancer detection and diagnosis. Deep learning is a field of machine learning technology based on an artificial neural network, and its performance has been rapidly improved in recent years, and its application range is expanding. In this paper, we propose a DNN-SVM hybrid model that combines the structure of a deep neural network (DNN) based on transfer learning and a support vector machine (SVM) for breast cancer classification. The transfer learning-based proposed model is effective for small training data, has a fast learning speed, and can improve model performance by combining all the advantages of a single model, that is, DNN and SVM. To evaluate the performance of the proposed DNN-SVM Hybrid model, the performance test results with WOBC and WDBC breast cancer data provided by the UCI machine learning repository showed that the proposed model is superior to single models such as logistic regression, DNN, and SVM, and ensemble models such as random forest in various performance measures.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.22
no.4
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pp.420-426
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2022
Breast cancer is among the cancers that may be healed as the disease diagnosed at early times before it is distributed through all the areas of the body. The Automatic Analysis of Diagnostic Tests (AAT) is an automated assistance for physicians that can deliver reliable findings to analyze the critically endangered diseases. Deep learning, a family of machine learning methods, has grown at an astonishing pace in recent years. It is used to search and render diagnoses in fields from banking to medicine to machine learning. We attempt to create a deep learning algorithm that can reliably diagnose the breast cancer in the mammogram. We want the algorithm to identify it as cancer, or this image is not cancer, allowing use of a full testing dataset of either strong clinical annotations in training data or the cancer status only, in which a few images of either cancers or noncancer were annotated. Even with this technique, the photographs would be annotated with the condition; an optional portion of the annotated image will then act as the mark. The final stage of the suggested system doesn't need any based labels to be accessible during model training. Furthermore, the results of the review process suggest that deep learning approaches have surpassed the extent of the level of state-of-of-the-the-the-art in tumor identification, feature extraction, and classification. in these three ways, the paper explains why learning algorithms were applied: train the network from scratch, transplanting certain deep learning concepts and constraints into a network, and (another way) reducing the amount of parameters in the trained nets, are two functions that help expand the scope of the networks. Researchers in economically developing countries have applied deep learning imaging devices to cancer detection; on the other hand, cancer chances have gone through the roof in Africa. Convolutional Neural Network (CNN) is a sort of deep learning that can aid you with a variety of other activities, such as speech recognition, image recognition, and classification. To accomplish this goal in this article, we will use CNN to categorize and identify breast cancer photographs from the available databases from the US Centers for Disease Control and Prevention.
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