The purpose of this study was to predict the water quality using the RNN (recurrent neutral network) and LSTM (long short-term memory). These are advanced forms of machine learning algorithms that are better suited for time series learning compared to artificial neural networks; however, they have not been investigated before for water quality prediction. Three water quality indexes, the BOD (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), and SS (suspended solids) are predicted by the RNN and LSTM. TensorFlow, an open source library developed by Google, was used to implement the machine learning algorithm. The Okcheon observation point in the Geum River basin in the Republic of Korea was selected as the target point for the prediction of the water quality. Ten years of daily observed meteorological (daily temperature and daily wind speed) and hydrological (water level and flow discharge) data were used as the inputs, and irregularly observed water quality (BOD, COD, and SS) data were used as the learning materials. The irregularly observed water quality data were converted into daily data with the linear interpolation method. The water quality after one day was predicted by the machine learning algorithm, and it was found that a water quality prediction is possible with high accuracy compared to existing physical modeling results in the prediction of the BOD, COD, and SS, which are very non-linear. The sequence length and iteration were changed to compare the performances of the algorithms.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.4
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pp.109-118
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2022
The data of the missing section among the vertex surface sea temperature observation data was imputed using the Bidirectional Recurrent Neural Network(BiRNN). Among artificial intelligence techniques, Recurrent Neural Networks (RNNs), which are commonly used for time series data, only estimate in the direction of time flow or in the reverse direction to the missing estimation position, so the estimation performance is poor in the long-term missing section. On the other hand, in this study, estimation performance can be improved even for long-term missing data by estimating in both directions before and after the missing section. Also, by using all available data around the observation point (sea surface temperature, temperature, wind field, atmospheric pressure, humidity), the imputation performance was further improved by estimating the imputation data from these correlations together. For performance verification, a statistical model, Multivariate Imputation by Chained Equations (MICE), a machine learning-based Random Forest model, and an RNN model using Long Short-Term Memory (LSTM) were compared. For imputation of long-term missing for 7 days, the average accuracy of the BiRNN/statistical models is 70.8%/61.2%, respectively, and the average error is 0.28 degrees/0.44 degrees, respectively, so the BiRNN model performs better than other models. By applying a temporal decay factor representing the missing pattern, it is judged that the BiRNN technique has better imputation performance than the existing method as the missing section becomes longer.
In smart grid an accurate load forecasting is crucial in planning resources, which aids in improving its operation efficiency and reducing the dynamic uncertainties of energy systems. Research in this area has included the use of shallow neural networks and other machine learning techniques to solve this problem. Recent researches in the field of computer vision and speech recognition, have shown great promise for Deep Neural Networks (DNN). To improve the performance of daily electric peak load forecasting the paper presents a new deep neural network model which has the architecture of two multi-layer neural networks being serially connected. The proposed network model is progressively pre-learned layer by layer ahead of learning the whole network. For both one day and two day ahead peak load forecasting the proposed models are trained and tested using four years of hourly load data obtained from the Korea Power Exchange (KPX).
Liang Chen;Jiankun Li;Rongyu Pei;Zhenqing Su;Ziyang Liu
East Asian Economic Review
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v.28
no.3
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pp.359-388
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2024
With the escalation of global trade, the Chinese commodity futures market has ascended to a pivotal role within the international shipping landscape. The Shanghai Containerized Freight Index (SCFI), a leading indicator of the shipping industry's health, is particularly sensitive to the vicissitudes of the Chinese commodity futures sector. Nevertheless, a significant research gap exists regarding the application of Chinese commodity futures prices as predictive tools for the SCFI. To address this gap, the present study employs a comprehensive dataset spanning daily observations from March 24, 2017, to May 27, 2022, encompassing a total of 29,308 data points. We have crafted an innovative deep learning model that synergistically combines Long Short-Term Memory (LSTM) and Convolutional Neural Network (CNN) architectures. The outcomes show that the CNN-LSTM model does a great job of finding the nonlinear dynamics in the SCFI dataset and accurately capturing its long-term temporal dependencies. The model can handle changes in random sample selection, data frequency, and structural shifts within the dataset. It achieved an impressive R2 of 96.6% and did better than the LSTM and CNN models that were used alone. This research underscores the predictive prowess of the Chinese futures market in influencing the Shipping Cost Index, deepening our understanding of the intricate relationship between the shipping industry and the financial sphere. Furthermore, it broadens the scope of machine learning applications in maritime transportation management, paving the way for SCFI forecasting research. The study's findings offer potent decision-support tools and risk management solutions for logistics enterprises, shipping corporations, and governmental entities.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.21
no.7
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pp.159-168
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2021
Detecting cyber-attacks using machine learning or deep learning is being studied and applied widely in network intrusion detection systems. We noticed that the application of deep learning algorithms yielded many good results. However, because each deep learning model has different architecture and characteristics with certain advantages and disadvantages, so those deep learning models are only suitable for specific datasets or features. In this paper, in order to optimize the process of detecting cyber-attacks, we propose the idea of building a new deep learning network model based on the association and combination of individual deep learning models. In particular, based on the architecture of 2 deep learning models: Convolutional Neural Network (CNN) and Long Short Term Memory (LSTM), we combine them into a combined deep learning network for detecting cyber-attacks based on network traffic. The experimental results in Section IV.D have demonstrated that our proposal using the CNN-LSTM deep learning model for detecting cyber-attacks based on network traffic is completely correct because the results of this model are much better than some individual deep learning models on all measures.
Accurate and robust load forecasting model plays very important role in power system operation. In case of short-term electric load forecasting, its results offer standard to decide a price of electricity and also can be used shaving peak. For this reason, various models have been developed to improve accuracy of load forecasting. This paper proposes a newly forecasting model for weather sensitive season including temperature and Cooling Degree Hour(C.D.H) data as an input. This Forecasting model consists of previous electric load and preprocessed temperature, constant, parameter. It optimizes load forecasting model to fit actual load by PSO and results are compared to Holt-Winters and Artificial Neural Network. Proposing method shows better performance than comparison groups.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2012.06b
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pp.321-323
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2012
스마트폰 사용의 보편화와 센서기술의 발달로 이를 응용하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 가속도, GPS, 조도, 방향센서 등의 센서들이 스마트폰에 부착되어 출시되고 있어서, 이를 이용한 상황인지, 행동인식 등의 관련 연구들이 활발하다. 하지만 다양한 클래스를 분류하면서 높은 인식률을 유지하는 것은 어려운 문제이다. 본 논문에서는 인식률 향상을 위해 계층적 구조의 순환 신경망을 이용하여 제스처를 인식한다. 스마트폰의 가속도 센서를 이용하여 사용자의 제스처 데이터를 수집하고 BLSTM(Bidirectional Long Short-Term Memory) 구조의 순환신경망을 계층적으로 사용하여, 20가지 사용자의 제스처와 비제스처를 분류한다. 약 24,850개의 시퀀스 데이터를 사용하여 실험한 결과, 기존 BLSTM은 평균 89.17%의 인식률을 기록한 반면 계층적 BLSTM은 평균 91.11%의 인식률을 나타내었다.
This study proposes a dependency grammar-based self-attention multilayered bidirectional long short-term memory (DG-M-Bi-LSTM) model for subject-predicate-object (SPO) tuple recognition from natural language (NL) sentences. To add recent knowledge to the knowledge base autonomously, it is essential to extract knowledge from numerous NL data. Therefore, this study proposes a high-accuracy SPO tuple recognition model that requires a small amount of learning data to extract knowledge from NL sentences. The accuracy of SPO tuple recognition using DG-M-Bi-LSTM is compared with that using NL-based self-attention multilayered bidirectional LSTM, DG-based bidirectional encoder representations from transformers (BERT), and NL-based BERT to evaluate its effectiveness. The DG-M-Bi-LSTM model achieves the best results in terms of recognition accuracy for extracting SPO tuples from NL sentences even if it has fewer deep neural network (DNN) parameters than BERT. In particular, its accuracy is better than that of BERT when the learning data are limited. Additionally, its pretrained DNN parameters can be applied to other domains because it learns the structural relations in NL sentences.
Quantitative forecasting of groundwater levels for the assessment of groundwater variation and vulnerability is very important. To achieve this purpose, various time series analysis and machine learning techniques have been used. In this study, we developed a prediction model based on LSTM (Long short term memory), one of the artificial neural network (ANN) algorithms, for predicting the daily groundwater level of 11 groundwater wells in Hankyung-myeon, Jeju Island. In general, the groundwater level in Jeju Island is highly autocorrelated with tides and reflected the effects of precipitation. In order to construct an input and output variables based on the characteristics of addressing data, the precipitation data of the corresponding period was added to the groundwater level data. The LSTM neural network was trained using the initial 365-day data showing the four seasons and the remaining data were used for verification to evaluate the fitness of the predictive model. The model was developed using Keras, a Python-based deep learning framework, and the NVIDIA CUDA architecture was implemented to enhance the learning speed. As a result of learning and verifying the groundwater level variation using the LSTM neural network, the coefficient of determination (R2) was 0.98 on average, indicating that the predictive model developed was very accurate.
In this paper, a hybrid deep learning model, called 2D convolution with bidirectional long short-term memory (2DCBLSTM), is presented that can effectively combine both spatial and temporal features for crop classification. In the proposed model, 2D convolution operators are first applied to extract spatial features of crops and the extracted spatial features are then used as inputs for a bidirectional LSTM model that can effectively process temporal features. To evaluate the classification performance of the proposed model, a case study of crop classification was carried out using multi-temporal unmanned aerial vehicle images acquired in Anbandegi, Korea. For comparison purposes, we applied conventional deep learning models including two-dimensional convolutional neural network (CNN) using spatial features, LSTM using temporal features, and three-dimensional CNN using spatio-temporal features. Through the impact analysis of hyper-parameters on the classification performance, the use of both spatial and temporal features greatly reduced misclassification patterns of crops and the proposed hybrid model showed the best classification accuracy, compared to the conventional deep learning models that considered either spatial features or temporal features. Therefore, it is expected that the proposed model can be effectively applied to crop classification owing to its ability to consider spatio-temporal features of crops.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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