This paper presents machine learning methods using Support Vector Machine (SVM) and Multilayer Perceptron (MLP) to analyze optimal damper distribution for structural vibration control. Regarding different building structures, a genetic algorithm based optimization method is used to determine optimal damper distributions that are further used as training samples. The structural features, the objective function, the number of dampers, etc. are used as input features, and the distribution of dampers is taken as an output result. In the case of a few number of damper distributions, multi-class prediction can be performed using SVM and MLP respectively. Moreover, MLP can be used for regression prediction in the case where the distribution scheme is uncountable. After suitable post-processing, good results can be obtained. Numerical results show that the proposed method can obtain the optimized damper distributions for different structures under different objective functions, which achieves better control effect than the traditional uniform distribution and greatly improves the optimization efficiency.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.5
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pp.437-444
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2015
In simulation-based circuit optimization, many simulation runs may be wasted while evaluating infeasible designs, i.e. the designs that do not meet the constraints. To avoid such a waste, this paper investigates the use of support vector machine (SVM) classifiers in predicting the design's feasibility prior to simulation and the optimal selection of the SVM parameters, namely, the Gaussian kernel shape parameter ${\gamma}$ and the misclassification penalty parameter C. These parameters affect the complexity as well as the accuracy of the model that SVM represents. For instance, the higher ${\gamma}$ is good for detailed modeling and the higher C is good for rejecting noise in the training set. However, our empirical study shows that a low ${\gamma}$ value is preferable due to the high spatial correlation among the circuit design candidates while C has negligible impacts due to the smooth and clean constraint boundaries of most circuit designs. The experimental results with an LC-tank oscillator example show that an optimal selection of these parameters can improve the prediction accuracy from 80 to 98% and model complexity by $10{\times}$.
The estimation of the remaining useful life (RUL) of lithium-ion (Li-ion) batteries is important for intelligent battery management system (BMS). Data mining technology is becoming increasingly mature, and the RUL estimation of Li-ion batteries based on data-driven prognostics is more accurate with the arrival of the era of big data. However, the support vector machine (SVM), which is applied to predict the RUL of Li-ion batteries, uses the traditional single-radial basis kernel function. This type of classifier has weak generalization ability, and it easily shows the problem of data migration, which results in inaccurate prediction of the RUL of Li-ion batteries. In this study, a novel multi-kernel SVM (MSVM) based on polynomial kernel and radial basis kernel function is proposed. Moreover, the particle swarm optimization algorithm is used to search the kernel parameters, penalty factor, and weight coefficient of the MSVM model. Finally, this paper utilizes the NASA battery dataset to form the observed data sequence for regression prediction. Results show that the improved algorithm not only has better prediction accuracy and stronger generalization ability but also decreases training time and computational complexity.
The sensitivity of compressive strength of no-slump concrete to its ingredient materials and proportions, necessitate the use of robust models to guarantee both estimation and generalization features. It was known that the problem of compressive strength prediction owes high degree of complexity and uncertainty due to the variable nature of materials, workmanship quality, etc. Moreover, using the chemical and mineral additives, superimposes the problem's complexity. Traditionally this property of concrete is predicted by conventional linear or nonlinear regression models. In general, these models comprise lower accuracy and in most cases they fail to meet the extrapolation accuracy and generalization requirements. Recently, artificial intelligence-based robust systems have been successfully implemented in this area. In this regard, this paper aims to investigate the use of optimized support vector machine (SVM) to predict the compressive strength of no-slump concrete and compare with optimized neural network (ANN). The results showed that after optimization process, both models are applicable for prediction purposes with similar high-qualities of estimation and generalization norms; however, it was indicated that optimization and modeling with SVM is very rapid than ANN models.
Xie, Shilin;Or, Siu Wing;Chan, Helen Lai Wa;Choy, Ping Kong;Liu, Peter Chou Kee
Structural Engineering and Mechanics
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v.28
no.6
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pp.677-694
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2008
A vibration power minimization model is developed, based on the mobility matrix method, for a vibration isolation system consisting of a vibrating source placed on an elastic support structure through multiple resilient mounts. This model is applied to investigate the design optimization of an X-Y motion stage-based vibration isolation system used in semiconductor wire-bonding equipment. By varying the stiffness coefficients of the resilient mounts while constraining the dynamic displacement amplitudes of the X-Y motion stage, the total power flow from the X-Y motion stage (the vibrating source) to the equipment table (the elastic support structure) is minimized at each frequency interval in the concerned frequency range for different stiffnesses of the equipment table. The results show that when the equipment table is relatively flexible, the optimal design based on the proposed vibration power inimization model gives significantly little power flow than that obtained using a conventional vibration force minimization model at some critical frequencies. When the equipment table is rigid enough, both models provide almost the same predictions on the total power flow.
Nitrilases are a hydrolase group of enzymes that catalyzes nitrile compounds and produce industrially important organic acids. The current objective is to optimize nitrilase production using statistical methods assisted with artificial intelligence (AI) tool from novel nitrile degrading isolate. A nitrile hydrolyzing bacteria Bacillus subtilis AGAB-2 (GenBank Ascension number- MW857547) was isolated from industrial effluent waste through an enrichment culture technique. The culture conditions were optimized by creating an orthogonal design with 7 variables to investigate the effect of the significant factors on nitrilase activity. On the basis of obtained data, an AI-driven support vector machine was used for the fitted regression, which yielded new sets of predicted responses with zero mean error and reduced root mean square error. The results of the above global optimization were regarded as the theoretical optimal function conditions. Nitrilase activity of 9832 ± 15.3 U/ml was obtained under optimized conditions, which is a 5.3-fold increase in compared to unoptimized (1822 ± 18.42 U/ml). The statistical optimization method involving Plackett Burman Design and Response surface methodology in combination with an AI tool created a better response prediction model with a significant improvement in enzyme production.
A hybrid structural design and optimization methodology that combines the strengths of genetic algorithms, local search techniques, and parallel computing is developed to evolve optimal truss systems in this research effort. The primary objective that is met in evolving near-optimal or optimal structural systems using this approach is the capability of satisfying user-defined design criteria while minimizing the computational time required. The application of genetic algorithms to the design and optimization of truss systems supports conceptual design by facilitating the exploration of new design alternatives. In addition, final shape optimization of the evolved designs is supported through the refinement of member sizes using local search techniques for further improvement. The use of the hybrid approach, therefore, enhances the overall process of structural design. Parallel computing is implemented to reduce the total computation time required to obtain near-optimal designs. The support of human-computer interaction during layout optimization and local optimization is also discussed since it assists in evolving optimal truss systems that better satisfy a user's design requirements and design preferences.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.15
no.1
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pp.125-136
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2008
In many practical engineering design problems, the form of objective functions is not given explicitly in terms of design variables. Given the value of design variables, under this circumstance, the value of objective functions is obtained by real/computational experiments such as structural analysis, fluid mechanic analysis, thermodynamic analysis, and so on. These experiments are, in general, considerably expensive. In order to make the number of these experiments as few as possible, optimization is performed in parallel with predicting the form of objective functions. Response Surface Methods (RSM) are well known along this approach. This paper suggests to apply Support Vector Machines (SVM) for predicting the objective functions. One of most important tasks in this approach is to allocate sample data moderately in order to make the number of experiments as small as possible. It will be shown that the information of support vector can be used effectively to this aim. The effectiveness of our suggested method will be shown through numerical example which is well known in design of engineering.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.11
no.1
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pp.130-141
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2010
Poor expertise in equipment operation and installation, coupled with unpredictable natural disaster, usually directly leads to disastrous accidents of large lifting equipment such as tower cranes. For example, 52 tower cranes fell down due to the unstable support in Korea at the attack of Typhoon "Maemi" in 2003, which damaged property and caused loss of life. In high-rise construction projects, top-slewing or luffing-jib tower cranes needs checking the stability of lateral-support in addition to the bottom support such as the foundation. In this study, the optimization algorithm for lateral-support of tower cranes is conducted, which is expected to enhance the structural stability of tower cranes and save the cost in conflict with the safety.
Since the support structure of an offshore wind turbine has to withstand severe environmental loads such as wind, wave, and seismic loads during its entire service life, the need for a robust and reliable design increases, along with the need for a cost effective design. In addition, a robust and reliable support structure contributes to the high availability of a wind turbine and low maintenance costs. From this point of view, this paper presents a design process that includes design optimization and reliability analysis. First, the jacket structure of the NREL 5-MW offshore wind turbine is optimized to minimize the weight and stresses, while satisfying the design requirements. Second, the reliability of the optimum design is evaluated and compared with that of the initial design. Although the present study results in a new optimum shape for a jacket support structure with reduced weight and increased reliability, the authors suggest that the optimum design has to be accompanied by a reliability analysis during the design process, as well as reliability based design optimization if needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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