In this paper, we propose a deep auto-encoder-based pipe leak detection (PLD) technique from time-series acoustic data collected by microphone sensor nodes. The key idea of the proposed technique is to learn representative features of the leak-free state using leak-free time-series acoustic data and the deep auto-encoder. The proposed technique can be used to create a PLD model that detects leaks in the pipeline in an unsupervised learning manner. This means that we only use leak-free data without labeling while training the deep auto-encoder. In addition, when compared to the previous supervised learning-based PLD method that uses image features, this technique does not require complex preprocessing of time-series acoustic data owing to the unsupervised feature extraction scheme. The experimental results show that the proposed PLD method using the deep auto-encoder can provide reliable PLD accuracy even considering unsupervised learning-based feature extraction.
This study is to find a method to learn engine sound after the start-up of a diesel generator installed in nuclear power plant with an unsupervised deep learning algorithm (CNN autoencoder) and a new method to predict the failure of a diesel generator using it. In order to learn the sound of a diesel generator with a deep learning algorithm, sound data recorded before and after the start-up of two diesel generators was used. The sound data of 20 min and 2 h were cut into 7 s, and the split sound was converted into a spectrogram image. 1200 and 7200 spectrogram images were created from sound data of 20 min and 2 h, respectively. Using two different deep learning algorithms (CNN autoencoder and binary classification), it was investigated whether the diesel generator post-start sounds were learned as normal. It was possible to accurately determine the post-start sounds as normal and the pre-start sounds as abnormal. It was also confirmed that the deep learning algorithm could detect the virtual abnormal sounds created by mixing the unusual sounds with the post-start sounds. This study showed that the unsupervised anomaly detection algorithm has a good accuracy increased about 3% with comparing to the binary classification algorithm.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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제16권2호
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pp.127-135
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2024
Recent studies have shown that inverse design using deep learning has the potential to rapidly generate the optimal design that satisfies the target performance without the need for iterative optimization processes. Unlike traditional methods, deep learning allows the network to rapidly generate a large number of solution candidates for the same objective after a single training, and enables the generation of diverse designs tailored to the objectives of inverse design. These inverse design techniques are expected to significantly enhance the efficiency and innovation of design processes in various fields such as aerospace, biology, medical, and engineering. We analyzes inverse design models that are mainly utilized in the nano and chemical fields, and proposes inverse design models based on supervised and unsupervised learning that can be applied to the engineering system. It is expected to present the possibility of effectively applying inverse design methodologies to the design optimization problem in the field of engineering according to each specific objective.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권6호
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pp.2806-2825
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2018
Unsupervised learning has shown good performance on image, video and audio classification tasks, and much progress has been made so far. It studies how systems can learn to represent particular input patterns in a way that reflects the statistical structure of the overall collection of input patterns. Many promising deep learning systems are commonly trained by the greedy layerwise unsupervised learning manner. The performance of these deep learning architectures benefits from the unsupervised learning ability to disentangling the abstractions and picking out the useful features. However, the existing unsupervised learning algorithms are often difficult to train partly because of the requirement of extensive hyperparameters. The tuning of these hyperparameters is a laborious task that requires expert knowledge, rules of thumb or extensive search. In this paper, we propose a simple and effective unsupervised feature learning algorithm for image classification, which exploits an explicit optimizing way for population and lifetime sparsity. Firstly, a sparse target matrix is built by the competitive rules. Then, the sparse features are optimized by means of minimizing the Euclidean norm ($L_2$) error between the sparse target and the competitive layer outputs. Finally, a classifier is trained using the obtained sparse features. Experimental results show that the proposed method achieves good performance for image classification, and provides discriminative features that generalize well.
Deep learning-based computer vision anomaly detection algorithms are widely utilized in various fields. Especially in the manufacturing industry, the difficulty in collecting abnormal data compared to normal data, and the challenge of defining all potential abnormalities in advance, have led to an increasing demand for unsupervised learning methods that rely on normal data. In this study, we conducted a comparative analysis of deep learning-based unsupervised learning algorithms that define and detect abnormalities that can occur when transparent contact lenses are immersed in liquid solution. We validated and applied the unsupervised learning algorithms used in this study to the existing anomaly detection benchmark dataset, MvTecAD. The existing anomaly detection benchmark dataset primarily consists of solid objects, whereas in our study, we compared unsupervised learning-based algorithms in experiments judging the shape and presence of lenses submerged in liquid. Among the algorithms analyzed, EfficientAD showed an AUROC and F1-score of 0.97 in image-level tests. However, the F1-score decreased to 0.18 in pixel-level tests, making it challenging to determine the locations where abnormalities occurred. Despite this, EfficientAD demonstrated excellent performance in image-level tests classifying normal and abnormal instances, suggesting that with the collection and training of large-scale data in real industrial settings, it is expected to exhibit even better performance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권11호
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pp.5427-5445
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2019
While deep neural networks have achieved remarkable performance in representation learning, a huge amount of labeled training data are usually required by supervised deep models such as convolutional neural networks. In this paper, we propose a new representation learning method, namely generative adversarial networks (GAN) based bagging deep convolutional autoencoders (GAN-BDCAE), which can map data to diverse hierarchical representations in an unsupervised fashion. To boost the size of training data, to train deep model and to aggregate diverse learning machines are the three principal avenues towards increasing the capabilities of representation learning of neural networks. We focus on combining those three techniques. To this aim, we adopt GAN for realistic unlabeled sample generation and bagging deep convolutional autoencoders (BDCAE) for robust feature learning. The proposed method improves the discriminative ability of learned feature embedding for solving subsequent pattern recognition problems. We evaluate our approach on three standard benchmarks and demonstrate the superiority of the proposed method compared to traditional unsupervised learning methods.
Compressed sensing (CS) has been investigated in magnetic resonance (MR) parametric mapping to reduce scan time. However, the relatively long reconstruction time restricts its widespread applications in the clinic. Recently, deep learning-based methods have shown great potential in accelerating reconstruction time and improving imaging quality in fast MR imaging, although their adaptation to parametric mapping is still in an early stage. In this paper, we proposed a novel deep learning-based framework DEMO for fast and robust MR parametric mapping. Different from current deep learning-based methods, DEMO trains the network in an unsupervised way, which is more practical given that it is difficult to acquire large fully sampled training data of parametric-weighted images. Specifically, a CS-based loss function is used in DEMO to avoid the necessity of using fully sampled k-space data as the label, thus making it an unsupervised learning approach. DEMO reconstructs parametric weighted images and generates a parametric map simultaneously by unrolling an interaction approach in conventional fast MR parametric mapping, which enables multi-tasking learning. Experimental results showed promising performance of the proposed DEMO framework in quantitative MR T1ρ mapping.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제18권2호
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pp.494-510
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2024
Internet users are exposed to sophisticated cyberattacks that intrusion detection systems have difficulty detecting. Therefore, research is increasing on intrusion detection methods that use artificial intelligence technology for detecting novel cyberattacks. Unsupervised learning-based methods are being researched that learn only from normal data and detect abnormal behaviors by finding patterns. This study developed an anomaly-detection method based on unsupervised machines and deep learning for a network intrusion detection system (NIDS). We present a hybrid anomaly detection approach based on unsupervised learning techniques using the autoencoder (AE), Isolation Forest (IF), and Local Outlier Factor (LOF) algorithms. An oversampling approach that increased the detection rate was also examined. A hybrid approach that combined deep learning algorithms and traditional machine learning algorithms was highly effective in setting the thresholds for anomalies without subjective human judgment. It achieved precision and recall rates respectively of 88.2% and 92.8% when combining two AEs, IF, and LOF while using an oversampling approach to learn more unknown normal data improved the detection accuracy. This approach achieved precision and recall rates respectively of 88.2% and 94.6%, further improving the detection accuracy compared with the hybrid method. Therefore, in NIDS the proposed approach provides high reliability for detecting cyberattacks.
International journal of advanced smart convergence
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제11권4호
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pp.10-19
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2022
AI-based Network Intrusion Detection Systems (AI-NIDS) detect network attacks using machine learning and deep learning models. Recently, unsupervised AI-NIDS methods are getting more attention since there is no need for labeling, which is crucial for building practical NIDS systems. This paper aims to test the impact of designing autoencoder models that can be applied to unsupervised an AI-NIDS in real network systems. We collected security events of legacy network security system and carried out an experiment. We report the results and discuss the findings.
Minte, Zhang;Tong, Guo;Ruizhao, Zhu;Yueran, Zong;Zhihong, Pan
Smart Structures and Systems
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제30권6호
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pp.557-569
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2022
Vibration-based structural health monitoring (SHM) is crucial for the dynamic maintenance of civil building structures to protect property security and the lives of the public. Analyzing these vibrations with modern artificial intelligence and deep learning (DL) methods is a new trend. This paper proposed an unsupervised deep learning method based on a convolutional autoencoder (CAE), which can overcome the limitations of conventional supervised deep learning. With the convolutional core applied to the DL network, the method can extract features self-adaptively and efficiently. The effectiveness of the method in detecting damage is then tested using a benchmark model. Thereafter, this method is used to detect damage and instant disaster events in a rubber bearing-isolated gymnasium structure. The results indicate that the method enables the CAE network to learn the intact vibrations, so as to distinguish between different damage states of the benchmark model, and the outcome meets the high-dimensional data distribution characteristics visualized by the t-SNE method. Besides, the CAE-based network trained with daily vibrations of the isolating layer in the gymnasium can precisely recover newly collected vibration and detect the occurrence of the ground motion. The proposed method is effective at identifying nonlinear variations in the dynamic responses and has the potential to be used for structural condition assessment and safety warning.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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