Data anomalies seriously threaten the reliability of the bridge structural health monitoring system and may trigger system misjudgment. To overcome the above problem, an efficient and accurate data anomaly detection method is desiderated. Traditional anomaly detection methods extract various abnormal features as the key indicators to identify data anomalies. Then set thresholds artificially for various features to identify specific anomalies, which is the artificial experience method. However, limited by the poor generalization ability among sensors, this method often leads to high labor costs. Another approach to anomaly detection is a data-driven approach based on machine learning methods. Among these, the bidirectional long-short memory neural network (BiLSTM), as an effective classification method, excels at finding complex relationships in multivariate time series data. However, training unprocessed original signals often leads to low computation efficiency and poor convergence, for lacking appropriate feature selection. Therefore, this article combines the advantages of the two methods by proposing a deep learning method with manual experience statistical features fed into it. Experimental comparative studies illustrate that the BiLSTM model with appropriate feature input has an accuracy rate of over 87-94%. Meanwhile, this paper provides basic principles of data cleaning and discusses the typical features of various anomalies. Furthermore, the optimization strategies of the feature space selection based on artificial experience are also highlighted.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.45
no.4
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pp.233-239
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2022
The injection molding process is a process in which thermoplastic resin is heated and made into a fluid state, injected under pressure into the cavity of a mold, and then cooled in the mold to produce a product identical to the shape of the cavity of the mold. It is a process that enables mass production and complex shapes, and various factors such as resin temperature, mold temperature, injection speed, and pressure affect product quality. In the data collected at the manufacturing site, there is a lot of data related to good products, but there is little data related to defective products, resulting in serious data imbalance. In order to efficiently solve this data imbalance, undersampling, oversampling, and composite sampling are usally applied. In this study, oversampling techniques such as random oversampling (ROS), minority class oversampling (SMOTE), ADASYN(Adaptive Synthetic Sampling), etc., which amplify data of the minority class by the majority class, and complex sampling using both undersampling and oversampling, are applied. For composite sampling, SMOTE+ENN and SMOTE+Tomek were used. Artificial neural network techniques is used to predict product quality. Especially, MLP and RNN are applied as artificial neural network techniques, and optimization of various parameters for MLP and RNN is required. In this study, we proposed an SA technique that optimizes the choice of the sampling method, the ratio of minority classes for sampling method, the batch size and the number of hidden layer units for parameters of MLP and RNN. The existing sampling methods and the proposed SA method were compared using accuracy, precision, recall, and F1 Score to prove the superiority of the proposed method.
Sung-Min, Kim;Eun-Ji, Cha;Do-Hun, Kwon;Sung-Uk, Hong;Yeon-Joo, Lee;Seok-Jae, Lee;Kee-Ahn, Lee;Hwi-Jun, Kim
Journal of Powder Materials
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v.29
no.6
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pp.459-467
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2022
Soft magnetic powder materials are used throughout industries such as motors and power converters. When manufacturing Fe-based soft magnetic composites, the size and shape of the soft magnetic powder and the microstructure in the powder are closely related to the magnetic properties. In this study, Fe-Si-Al-P alloy powders were manufactured using various manufacturing process parameter sets, and the process parameters of the vacuum induction melt gas atomization process were set as melt temperature, atomization gas pressure, and gas flow rate. Process variable data that records are converted into 6 types of data for each powder recovery section. Process variable data that recorded minute changes were converted into 6 types of data and used as input variables. As output variables, a total of 6 types were designated by measuring the particle size, flowability, apparent density, and sphericity of the manufactured powders according to the process variable conditions. The sensitivity of the input and output variables was analyzed through the Pearson correlation coefficient, and a total of 6 powder characteristics were analyzed by artificial neural network model. The prediction results were compared with the results through linear regression analysis and response surface methodology, respectively.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.22
no.12
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pp.37-50
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2022
Modern supply chains include multiple activities from collecting raw materials to transferring final products. These activities involve many parties who share a huge amount of valuable data, which makes managing supply chain systems a challenging task. Current supply chain management (SCM) systems adopt digital technologies such as the Internet of Things (IoT) and blockchain for optimization purposes. Although these technologies can significantly enhance SCM systems, they have their own limitations that directly affect SCM systems. Security, performance, and scalability are essential components of SCM systems. Yet, confidentiality and scalability are one of blockchain's main limitations. Moreover, IoT devices are lightweight and have limited power and storage. These limitations should be considered when developing blockchain-based IoT-SCM systems. In this paper, the requirements of efficient supply chain systems are analyzed and the role of both IoT and blockchain technologies in providing each requirement are discussed. The limitations of blockchain and the challenges of IoT integration are investigated. The limitations of current literature in the same field are identified, and a secure and scalable blockchain-based IoT-SCM system is proposed. The proposed solution employs a Hyperledger fabric blockchain platform and tackles confidentiality by implementing private data collection to achieve confidentiality without decreasing performance. Moreover, the proposed framework integrates IoT data to stream live data without consuming its limited resources and implements a dualstorge model to support supply chain scalability. The proposed framework is evaluated in terms of security, throughput, and latency. The results demonstrate that the proposed framework maintains confidentiality, integrity, and availability of on-chain and off-chain supply chain data. It achieved better performance through 31.2% and 18% increases in read operation throughput and write operation throughput, respectively. Furthermore, it decreased the write operation latency by 83.3%.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.8
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pp.17-25
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2023
The alarming global prevalence of Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) has catalyzed an urgent need for robust, early diagnostic methodologies. This study unveils a pioneering approach to predicting T2DM, employing the Extreme Gradient Boosting (XGBoost) algorithm, renowned for its predictive accuracy and computational efficiency. The investigation harnesses a meticulously curated dataset of 4303 samples, extracted from a comprehensive Chinese research study, scrupulously aligned with the World Health Organization's indicators and standards. The dataset encapsulates a multifaceted spectrum of clinical, demographic, and lifestyle attributes. Through an intricate process of hyperparameter optimization, the XGBoost model exhibited an unparalleled best score, elucidating a distinctive combination of parameters such as a learning rate of 0.1, max depth of 3, 150 estimators, and specific colsample strategies. The model's validation accuracy of 0.957, coupled with a sensitivity of 0.9898 and specificity of 0.8897, underlines its robustness in classifying T2DM. A detailed analysis of the confusion matrix further substantiated the model's diagnostic prowess, with an F1-score of 0.9308, illustrating its balanced performance in true positive and negative classifications. The precision and recall metrics provided nuanced insights into the model's ability to minimize false predictions, thereby enhancing its clinical applicability. The research findings not only underline the remarkable efficacy of XGBoost in T2DM prediction but also contribute to the burgeoning field of machine learning applications in personalized healthcare. By elucidating a novel paradigm that accentuates the synergistic integration of multifaceted clinical parameters, this study fosters a promising avenue for precise early detection, risk stratification, and patient-centric intervention in diabetes care. The research serves as a beacon, inspiring further exploration and innovation in leveraging advanced analytical techniques for transformative impacts on predictive diagnostics and chronic disease management.
Saman Iftikhar;Daniah Al-Madani;Saima Abdullah;Ammar Saeed;Kiran Fatima
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.3
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pp.49-56
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2023
Machine learning methods diversely applied to the Internet of Things (IoT) field have been successful due to the enhancement of computer processing power. They offer an effective way of detecting malicious intrusions in IoT because of their high-level feature extraction capabilities. In this paper, we proposed a novel feature selection method for malicious intrusion detection in IoT by using an evolutionary technique - Genetic Algorithm (GA) and Machine Learning (ML) algorithms. The proposed model is performing the classification of BoT-IoT dataset to evaluate its quality through the training and testing with classifiers. The data is reduced and several preprocessing steps are applied such as: unnecessary information removal, null value checking, label encoding, standard scaling and data balancing. GA has applied over the preprocessed data, to select the most relevant features and maintain model optimization. The selected features from GA are given to ML classifiers such as Logistic Regression (LR) and Support Vector Machine (SVM) and the results are evaluated using performance evaluation measures including recall, precision and f1-score. Two sets of experiments are conducted, and it is concluded that hyperparameter tuning has a significant consequence on the performance of both ML classifiers. Overall, SVM still remained the best model in both cases and overall results increased.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.3
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pp.647-654
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2023
Deep Learning is a useful method for classifying and recognizing complex data such as images and text, and the accuracy of the deep learning method is the basis for making artificial intelligence-based services on the Internet useful. However, the vast amount of user da vita used for training in deep learning has led to privacy violation problems, and it is worried that companies that have collected personal and sensitive data of users, such as photographs and voices, own the data indefinitely. Users cannot delete their data and cannot limit the purpose of use. For example, data owners such as medical institutions that want to apply deep learning technology to patients' medical records cannot share patient data because of privacy and confidentiality issues, making it difficult to benefit from deep learning technology. In this paper, we have designed a privacy preservation technique-applied deep learning technique that allows multiple workers to use a neural network model jointly, without sharing input datasets, in multi-party system. We proposed a method that can selectively share small subsets using an optimization algorithm based on modified stochastic gradient descent, confirming that it could facilitate training with increased learning accuracy while protecting private information.
Dalal M. Althawadi;Sara Aldossary;Aryam Alnemari;Malak Alghamdi;Fatema Alqahtani;Atta-ur Rahman;Aghiad Bakry;Sghaier Chabani
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.24
no.2
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pp.15-24
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2024
One of the most significant issues in combinatorial optimization is the classical NP-complete conundrum known as the 0/1 Knapsack Problem. This study delves deeply into the investigation of practical solutions, emphasizing two classic algorithmic paradigms, brute force, and dynamic programming, along with the metaheuristic and nature-inspired family algorithm known as the Genetic Algorithm (GA). The research begins with a thorough analysis of the dynamic programming technique, utilizing its ability to handle overlapping subproblems and an ideal substructure. We evaluate the benefits of dynamic programming in the context of the 0/1 Knapsack Problem by carefully dissecting its nuances in contrast to GA. Simultaneously, the study examines the brute force algorithm, a simple yet comprehensive method compared to Branch & Bound. This strategy entails investigating every potential combination, offering a starting point for comparison with more advanced techniques. The paper explores the computational complexity of the brute force approach, highlighting its limitations and usefulness in resolving the 0/1 Knapsack Problem in contrast to the set above of algorithms.
In this paper, we propose an emotion recognition system that can discriminate human emotional state into neutral or anger from the speech captured by a cellular-phone in real time. In general. the speech through the mobile network contains environment noise and network noise, thus it can causes serious System performance degradation due to the distortion in emotional features of the query speech. In order to minimize the effect of these noise and so improve the system performance, we adopt a simple MA (Moving Average) filter which has relatively simple structure and low computational complexity, to alleviate the distortion in the emotional feature vector. Then a SFS (Sequential Forward Selection) feature optimization method is implemented to further improve and stabilize the system performance. Two pattern recognition method such as k-NN and SVM is compared for emotional state classification. The experimental results indicate that the proposed method provides very stable and successful emotional classification performance such as 86.5%. so that it will be very useful in application areas such as customer call-center.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.24
no.10
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pp.1-16
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2024
Due to its complexity and high diagnosis and treatment costs, heart attack (HA) is the top cause of death globally. Heart failure's widespread effect and high morbidity and death rates make accurate and fast prognosis and diagnosis crucial. Due to the complexity of medical data, early and accurate prediction of HA is difficult. Healthcare providers must evaluate data quickly and accurately to intervene. This novel hybrid approach predicts HA using Long Short-Term Memory (LSTM) networks, Deep belief networks (DBNs) with attention mechanism, and robust data mining to fill this essential gap. HA is predicted using Kaggle, PhysioNet, and UCI datasets. Wearable sensor data, ECG signals, and demographic and clinical data provide a solid analytical base. To maintain consistency, ECG signals are normalized and segmented after thorough cleaning to remove missing values and noise. Feature extraction employs complex approaches like Principal Component Analysis (PCA) and Autoencoders to pick time-domain (MNN, SDNN, RMSSD, PNN50) and frequency-domain (PSD at VLF, LF, HF bands) characteristics. The hybrid model architecture uses LSTM networks for sequence learning and DBNs for feature representation and selection to create a robust and comprehensive prediction model. Accuracy, precision, recall, F1-score, and ROC-AUC are measured after cross-entropy loss and SGD optimization. The LSTM-DBN model outperforms predictive methods in accuracy, sensitivity, and specificity. The findings show that several data sources and powerful algorithms can improve heart attack predictions. The proposed architecture performed well on many datasets, with an accuracy rate of 96.00%, sensitivity of 98%, AUC of 0.98, and F1-score of 0.97. High performance proves this system's dependability. Moreover, the proposed approach is outperformed compared to state-of-the-art systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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