Mohammad Gholami;Mojtaba Gorji Azandariani;Ahmed Najat Ahmed;Hamid Abdolmaleki
Advances in nano research
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v.14
no.2
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pp.127-139
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2023
This paper studies the free vibration behavior of bi-dimensional functionally graded (BFG) nanobeams subjected to arbitrary boundary conditions. According to Eringen's nonlocal theory and Hamilton's principle, the underlying equations of motion have been obtained for BFG nanobeams. Moreover, the variable substitution method is utilized to establish the structure's state-space differential equations, followed by forming the dynamic stiffness matrix based on state-space differential equations. In order to compute the natural frequencies, the current study utilizes the Wittrick-Williams algorithm as a solution technique. Moreover, the nonlinear vibration frequencies calculated by employing the proposed method are compared to the frequencies obtained in previous studies to evaluate the proposed method's performance. Some illustrative numerical examples are also given in order to study the impacts of the nonlocal parameters, material property gradient indices, nanobeam length, and boundary conditions on the BFG nanobeam's frequency. It is found that reducing the nonlocal parameter will usually result in increased vibration frequencies.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.49
no.3
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pp.135-141
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2023
Objectives: This study aimed to develop and validate machine learning (ML) models using H2O-AutoML, an automated ML program, for predicting medication-related osteonecrosis of the jaw (MRONJ) in patients with osteoporosis undergoing tooth extraction or implantation. Patients and Methods: We conducted a retrospective chart review of 340 patients who visited Dankook University Dental Hospital between January 2019 and June 2022 who met the following inclusion criteria: female, age ≥55 years, osteoporosis treated with antiresorptive therapy, and recent dental extraction or implantation. We considered medication administration and duration, demographics, and systemic factors (age and medical history). Local factors, such as surgical method, number of operated teeth, and operation area, were also included. Six algorithms were used to generate the MRONJ prediction model. Results: Gradient boosting demonstrated the best diagnostic accuracy, with an area under the receiver operating characteristic curve (AUC) of 0.8283. Validation with the test dataset yielded a stable AUC of 0.7526. Variable importance analysis identified duration of medication as the most important variable, followed by age, number of teeth operated, and operation site. Conclusion: ML models can help predict MRONJ occurrence in patients with osteoporosis undergoing tooth extraction or implantation based on questionnaire data acquired at the first visit.
Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.
Ajeet K. Jain;PVRD Prasad Rao ;K. Venkatesh Sharma
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.10
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pp.115-128
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2023
Deep learning has been incorporating various optimization techniques motivated by new pragmatic optimizing algorithm advancements and their usage has a central role in Machine learning. In recent past, new avatars of various optimizers are being put into practice and their suitability and applicability has been reported on various domains. The resurgence of novelty starts from Stochastic Gradient Descent to convex and non-convex and derivative-free approaches. In the contemporary of these horizons of optimizers, choosing a best-fit or appropriate optimizer is an important consideration in deep learning theme as these working-horse engines determines the final performance predicted by the model. Moreover with increasing number of deep layers tantamount higher complexity with hyper-parameter tuning and consequently need to delve for a befitting optimizer. We empirically examine most popular and widely used optimizers on various data sets and networks-like MNIST and GAN plus others. The pragmatic comparison focuses on their similarities, differences and possibilities of their suitability for a given application. Additionally, the recent optimizer variants are highlighted with their subtlety. The article emphasizes on their critical role and pinpoints buttress options while choosing among them.
The technique of experimentally determining concrete's compressive strength for a given mix design is time-consuming and difficult. The goal of the current work is to propose a best working predictive model based on different machine learning algorithms such as Gradient Boosting Machine (GBM), Stacked Ensemble (SE), Distributed Random Forest (DRF), Extremely Randomized Trees (XRT), Generalized Linear Model (GLM), and Deep Learning (DL) that can forecast the compressive strength of ternary geopolymer concrete mix without carrying out any experimental procedure. A geopolymer mix uses supplementary cementitious materials obtained as industrial by-products instead of cement. The input variables used for assessing the best machine learning algorithm not only include individual ingredient quantities, but molarity of the alkali activator and age of testing as well. Myriad statistical parameters used to measure the effectiveness of the models in forecasting the compressive strength of ternary geopolymer concrete mix, it has been found that GBM performs better than all other algorithms. A sensitivity analysis carried out towards the end of the study suggests that GBM model predicts results close to the experimental conditions with an accuracy between 95.6 % to 98.2 % for testing and training datasets.
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.
In abnormal states of nuclear power plants (NPPs), operators undertake mitigation actions to restore a normal state and prevent reactor trips. However, in abnormal states, the NPP condition fluctuates rapidly, which can lead to human error. If human error occurs, the condition of an NPP can deteriorate, leading to reactor trips. Sudden shutdowns, such as reactor trips, can result in the failure of numerous NPP facilities and economic losses. This study develops a remaining trip time (RTT) prediction system as part of an operator support system to reduce possible human errors and improve the safety of NPPs. The RTT prediction system consists of an algorithm that utilizes artificial intelligence (AI) and explainable AI (XAI) methods, such as autoencoders, light gradient-boosting machines, and Shapley additive explanations. AI methods provide diagnostic information about the abnormal states that occur and predict the remaining time until a reactor trip occurs. The XAI method improves the reliability of AI by providing a rationale for RTT prediction results and information on the main variables of the status of NPPs. The RTT prediction system includes an interface that can effectively provide the results of the system.
Dahyun JUNG;Hakpyeong KIM;Seunghoon JUNG;Hyuna KANG;Seungkeun YEOM;Juui KIM;Taehoon HONG
International conference on construction engineering and project management
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2024.07a
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pp.988-995
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2024
With the modern workplace's increasing dependence on computer-based tasks, traditional lighting standards have been identified as insufficient for optimal occupant comfort and productivity. Therefore, this paper presents a comprehensive system framework designed to manage visual fatigue and cognitive performance within office environments. Classification and regression models using gradient boosting machine and random forest to predict visual fatigue and cognitive performance were developed based on data collected from 16 subjects in experiments. To this end, the proposed system consists of two modules: the first module predicts visual fatigue and cognitive performance levels using classification models, offering immediate feedback to occupants. The second module, targeted at facility managers, uses regression models and a genetic algorithm to identify optimal lighting settings, aiming to minimize visual fatigue and enhance cognitive performance. This system can help to manage visual fatigue and cognitive performance simultaneously, contributing to improvement of eye health and productivity.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.12
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pp.1150-1158
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2010
In this study, the Polynomial-based Radial Basis Function Neural Networks is proposed as one of the recognition part of overall face recognition system that consists of two parts such as the preprocessing part and recognition part. The design methodology and procedure of the proposed pRBFNNs are presented to obtain the solution to high-dimensional pattern recognition problem. First, in preprocessing part, we use a CCD camera to obtain a picture frame in real-time. By using histogram equalization method, we can partially enhance the distorted image influenced by natural as well as artificial illumination. We use an AdaBoost algorithm proposed by Viola and Jones, which is exploited for the detection of facial image area between face and non-facial image area. As the feature extraction algorithm, PCA method is used. In this study, the PCA method, which is a feature extraction algorithm, is used to carry out the dimension reduction of facial image area formed by high-dimensional information. Secondly, we use pRBFNNs to identify the ID by recognizing unique pattern of each person. The proposed pRBFNNs architecture consists of three functional modules such as the condition part, the conclusion part, and the inference part as fuzzy rules formed in 'If-then' format. In the condition part of fuzzy rules, input space is partitioned with Fuzzy C-Means clustering. In the conclusion part of rules, the connection weight of pRBFNNs is represented as three kinds of polynomials such as constant, linear, and quadratic. Coefficients of connection weight identified with back-propagation using gradient descent method. The output of pRBFNNs model is obtained by fuzzy inference method in the inference part of fuzzy rules. The essential design parameters (including learning rate, momentum coefficient and fuzzification coefficient) of the networks are optimized by means of the Particle Swarm Optimization. The proposed pRBFNNs are applied to real-time face recognition system and then demonstrated from the viewpoint of output performance and recognition rate.
The waveform inversion for isotropic media has ever been studied since the 1980s, but there has been few studies for anisotropic media. We present a seismic waveform inversion algorithm for 2-D heterogeneous transversely isotropic structures. A cell-based finite difference algorithm for anisotropic media in time domain is adopted. The steepest descent during the non-linear iterative inversion approach is obtained by backpropagating residual errors using a reverse time migration technique. For scaling the gradient of a misfit function, we use the pseudo Hessian matrix which is assumed to neglect the zero-lag auto-correlation terms of impulse responses in the approximate Hessian matrix of the Gauss-Newton method. We demonstrate the use of these waveform inversion algorithm by applying them to a two layer model and the anisotropic Marmousi model data. With numerical examples, we show that it's difficult to converge to the true model when we assumed that anisotropic media are isotropic. Therefore, it is expected that our waveform inversion algorithm for anisotropic media is adequate to interpret real seismic exploration data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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