基于ANN和XGB算法的锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测方法

为准确评估锈蚀钢筋混凝土(CRC)结构在突发火灾下的结构承载力,锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度的统一预测方法研究亟待开展。然而,粘结退化机理复杂,粘结因素众多,实验方法不能考虑所有粘结因素的相关复杂关系的影响。在现有大量试验数据的基础上,采用机器学习方法可以有效地通过数据建立输入和输出特征之间的回归关系。该文利用ANN和XGB两种机器学习算法建立了一个统一的锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测模型。基于612组高温锈蚀钢筋混凝土的试验研究数据,进行模型训练和测试。结果表明:ML模型的预测结果与实验结果十分吻合。此外,针对机器学习算法本身存在的黑盒子问题,使用SHAP方法来解决锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测过程中的模型可解释性问题。同时,还将ML模型的计算结果与三种理论计算公式的结果进行了比较,结果表明:ML模型具有明显的优势。新构建的混合机器学习模型很有可能成为准确评估CRC结构经受高温后的损伤程度问题的新选择。

基于GA改进ANN算法的车载网控系统故障诊断

车载网控系统是保证运行安全的一类重要控制设备,也是确保系统稳定运行的核心部件。为了提高车载网控系统故障诊断效率,通过遗传算法(GA)具有的全局寻优功能来实现对神经网络初始阈值与权值的优化,把寻优结果代到神经网络内完成训练过程;使ANN泛化方法具有的映射性能获得充分利用可以防止产生局部极小值情况,获得更高的分类精度;利用实例分析方式测试车载故障诊断过程的有效性。研究结果表明:采用GA改进ANN算法可以有效优化平均误差及数据正确率,有效降低迭代次数,表明可以通过GA改进ANN方法来提升神经网络运算性能。经过遗传算法优化处理的ANN在训练过程中可以获得比初始ANN更快时收敛速率。

基于SEM与ANN混合方法的社交问答平台用户转移行为

社交问答平台得到了用户的广泛使用,但由于各平台的功能类似,用户转移起来较为容易,这将导致用户流失。基于PPM模型,研究社交问答平台用户转移行为。采集447份有效数据,采用SEM(结构方程模型)与ANN(人工神经网络)混合方法进行分析。结果发现:推力因素(不满意度、厌倦性)和拉力因素(内容质量、用户体验)正向影响用户的转移意向,锚定因素(转移成本)负向影响转移意向,且负向调节推力因素和拉力因素的作用。ANN结果显示:不满意度是影响转移意向的最重要因素。因此,社交问答平台需要提高内容质量,改善用户体验,降低用户的不满意度和厌倦性,从而防止用户的转移行为,实现用户保持。

基于BP-ANN与RBF-ANN的钢筋与混凝土黏结强度预测模型研究

为研究神经网络对钢筋与混凝土黏结强度的预测能力以及神经网络的输出性能,基于大量的试验数据,提出一种基于改进神经网络的变形钢筋与混凝土黏结强度预测模型,对混凝土结构的研究与实际工程应用均有着重要的意义。收集290组黏结锚固试验数据,引入基于反向传播人工神经网络(BP-ANN)与径向基函数神经网络(RBF-ANN)算法,揭示混凝土强度、保护层厚度、钢筋直径、锚固长度及配箍率对变形钢筋与混凝土黏结性能的影响规律,建立基于改进神经网络算法的钢筋与混凝土黏结强度预测模型。对比分析不同数据预处理方法和训练神经元个数对建议模型预测结果的影响,评估各经典模型与建议模型的预测精度和离散性,提出临界锚固长度计算公式。结果表明:BP-ANN预测值与试验值比值的均值、标准差及变异系数分别为1.009、0.188、0.86,其预测精度略高于RBF-ANN;建议模型能够更准确、更稳定地预测钢筋与混凝土的黏结强度,该方法为解决钢筋与混凝土黏结问题提供了新思路。

GA-BP-ANN耦合RSM优化表面机械滚压1060铝表面粗糙度

目的优化表面机械滚压工艺参数组合,获得最小表面粗糙度。方法基于气压驱动表面机械滚压实验平台,以1060铝棒为研究对象,采用响应面法(RSM)设计试验研究驱动压力、滚压道次、试样转速对受滚压铝棒试样表面粗糙度的影响规律,并利用遗传算法结合反向传播人工神经网络(GA-BP-ANN)机器学习模型预测不同工况参数组合对应的表面粗糙度,并通过实验对该模型进行有效性验证。基于GA-BP-ANN预测结果,在给定参数范围内构造多个随机小范围响应面,通过分析这些随机小范围RSM优化结果的聚集程度,实现GA-BP-ANN耦合RSM优化。结果单个响应面优化的最佳工艺参数组合为0.074 MPa的驱动压力、5个滚压道次、435.4 r/min的试样转速,预测的表面粗糙度(Ra)为0.45μm,但该工况下实验测量的表面粗糙度为0.53μm,且非最小值;而GA-BP-ANN耦合RSM优化的工况组合为0.073 MPa的驱动压力、4个滚压道次、286.9 r/min的试样转速,预测的表面粗糙度为0.31μm,相同工况下实验测量结果为0.36μm。结论与单个RSM优化结果相比,采用GA-BP-ANN耦合RSM能够更加有效地优化气压驱动表面机械滚压工艺参数组合,获得更小的表面粗糙度。

ANN模型与分段线性插值及回归模型的比较及应用

对ANN模型、分段线性插值模型和非线性回归模型从原理上进行了比较,ANN模型易于构建各影响因素与因变量间复杂关系,非线性回归模型和分段线性插值模型可以将自变量与因变量间的关系通过表达式直观表达。以荆江三口分流量与枝城流量的关系为应用算例,采用相关系数、纳什效率系数、均方根误差和平均绝对误差等4个评价指标对3个模型的拟合精度和误差大小进行了比较。结果表明:3个模型均可应用于模拟枝城流量与荆江三口分流量的关系,但3个模型的计算值与实际值间的误差大小存在差异,从4个评价指标综合来看,ANN模型计算值与实测值的误差最小,分段线性插值模型次之,回归模型计算精度相对较低。

基于ANN下拖拉机发动机扭矩预测模型的研究

拖拉机的传动系统结构较为复杂,是拖拉机的重要组成部分之一。拖拉机在农业作业过程中的轴扭矩(AT)实时数据是实现变速器优化的重要依据之一。为此,以拖拉机参数(发动机扭矩、发动机转速、燃油消耗率、行驶速度、耕作深度和滑移率)及土壤理化性质参数(SMC和CI)为输入,基于人工神经网络(ANN)估计拖拉机的轴扭矩(AT),并与传统的多元线性回归模型(MLP)进行对比分析。田间试验结果表明:基于ANN的模型在预测拖拉机AT数据时表现出更好的性能,可为提升拖拉机发动机管理系统提供技术参考与借鉴。

基于双阈值的ANN-SNN转换方法优化

脉冲神经网络作为第三代神经网络,能够克服许多人工神经网络中所存在的问题,如高功耗、鲁棒性较差等;通过对预训练好的人工神经网络模型进行转换是获取深度脉冲神经网络模型的一种主要方法,然而通过这种方法获取的脉冲神经网络的延迟较高,无法满足实时性要求;文章在双阈值转换方法的基础上,采用阈值平衡技术对转换过程进行优化,通过理论推导,提出了一种对称阈值LeakyReLU激活函数,并对人工神经网络到脉冲神经网络的转换流程进行了梳理;此外,采用了泄漏机制对转换后的脉冲神经网络模型结构进行了优化,并通过脉冲时序依赖可塑性学习规则对该结构进行训练;最终,在MNIST数据集与CIFAR-10数据集上进行了实验,结果表明,优化后脉冲神经网络的收敛速度与鲁棒性得到了大幅提升。

基于EEMD-ANN的自适应光伏日电量预测方法

随着清洁能源的持续发展,我国光伏电源装机规模不断增大。为了应对其随机性、波动性、不确定性等特点给电网安全运行带来的严峻挑战,研究中结合集合经验模态分解(EEMD)方法对原始时间序列进行处理,将其分解为有限且少量的振荡模式,形成更清晰的信号输入,再通过人工神经网络(ANN)实现历史数据的规律挖掘,构建了基于EEMD-ANN的自适应光伏日电量预测模型。以我国南方某光伏电站日电量过程为例的结果表明,该模型获得的预测结果具有较好的预测精度,是一种实用性较强的光伏电量预测方法。

通过分区间移位实现高效ANN-SNN转换

SNN因其在神经形态芯片中的高能效优势而受到广泛关注。ANN-SNN转换是实现深度SNN的主流方法之一,但在极低延迟下,死神经元脉冲误差导致目标SNN与源ANN之间存在性能差距。为解决死神经元脉冲误差,实现高性能低延迟SNN,本文提出了一种分区间移位激活函数,用于替代传统的ReLU激活函数。实验结果表明,在CIFAR-10数据集上,本文方法得到的SNN仅需4个时间步即可达到94.78%的Top-1准确率。

基于ANN-CA模型的F县季节性闲置耕地模拟及预测

为保护耕地和提高耕地利用率,促进农业可持续发展,本研究利用ANN-CA模型对F县的季节性闲置耕地情况进行模拟预测。模拟结果表明,在α=2,T=0.8的参数组合下,各类用地变化的模拟精度较高,模拟出的用地变化情况与2020年的实际用地情况较为贴近;根据季节性闲置耕地识别规则模拟出F县未来耕地季节性闲置现象呈现明显好转趋势,预测2025年F县季节性闲置耕地主要集中在东北部和南部,面积为25.8318km^(2)。生产中,注意对耕地进行科学合理的养护和利用,以保障农作物的产量和质量,确保农业可持续发展。

基于ANN-CA的外来入侵植物互花米草的扩散趋势预测研究

采用遥感技术手段对九段沙互花米草(Spartina alterniflora)信息提取与动态监测基础上,开展滨海地区互花米草入侵时空特征分析、入侵地区景观演变规律以及预测互花米草扩散趋势等研究对于沿海城市生态环境协调发展具有重要的意义。选取邻域因子、生态属性和地理属性等相关变量因子,耦合人工神经网络(ANN)与元胞自动机(CA),基于2015-2019年间九段沙互花米草与其他湿地景观类型数据构建ANN-CA模型,采用3层BP神经网络,在不断训练与校正与验证模型精度的基础上,对2019年九段沙区域互花米草进行模拟,采用Lee-Sallee形状指数来对比模拟分类结果与实际分类结果在空间分布层面的相似度,并进行相应的模型校正,在此基础上预测2025年九段沙互花米草扩散与群落分布格局,为互花米草的扩张趋势、景观演变以及分布扩散预测提供理论依据和科学基础。结果表明,1)1995-2025年间互花米草自从引种定居到不断扩张,所呈现的面积变化图近乎S型曲线,其中2015-2019年面积增长了847 hm^(2),2019-2025年面积增长了646 hm^(2),因此互花米草在九段沙自然保护区的动态扩散,分别为定居阶段、滞缓阶段、快速增长阶段以及缓慢增长阶段。2)2025年九段沙区域互花米草的扩张速率从趋势看已进入扩张的缓慢期,与前几年相比尽管有所增加,但趋势有所放缓。3)构建的ANN-CA模型能够较好地对九段沙自然保护区的植被演变进行模拟和预测。

基于OED-ANN的钻井参数优化——以绥中36-2油田沙河街组地层为例

为了厘清影响各层段钻井提速的关键因素,明确提高机械钻速的主要手段。以钻井参数为研究对象,通过建立钻井参数6因素3水平的基本模型,对绥中36-2油田沙河街组钻井参数进行分析,指出了各钻井参数在钻进时对机械钻速的影响程度,并结合ANN算法预测了各试验方案的预期机械钻速。研究结果表明:(1)利用OED模型明确了机械钻速的主要影响因素;(2)通过建立OED-ANN模型,确立了最佳钻井参数,并对机械钻速进行了预测,且优化后的机械钻速分别提高了15.70%、12.25%、2.66%。结论认为,该分析评价方法使钻井参数优化更加科学,数据分析结果更加直观,能够有效指导钻井提速,为该地区其他井的钻井参数优选提供了良好范例。

基于ANN算法的钢结构安装工程质量状态评价

随着石油建设工程项目规模越来越大,对钢结构安装工程的要求越来越高,钢结构安装工程质量检测与评价更加复杂,这些特点使得在施工现场对钢结构安装质量状态评价方法不一、结果也不易控制。为了对钢结构安装工程质量评价更加准确、适用,在人工神经网络(ANN)算法的基础上对钢结构安装工程质量评价方法进行了研究,并采用BP神经网络和RBF神经网络算法进行对照实验,梳理质量评价指标,计算其权重系数并进行误差分析,由实验结果选定ANN算法来得出钢结构安装工程质量状态的评分公式,以反映钢结构安装工程的质量情况,对钢结构安装工程的质量把控和管理有一定的指导作用,为工程质量管理和控制提供科学、准确的支持。

基于ANN耦合遗传算法的爆破方案选择方法

为预防露天矿爆破引起的事故,基于安全和经济方面的考虑,对露天矿爆破方案进行优化选择,提出将人工神经网络(ANN)模型与遗传算法(GA)相耦合,从而进行爆破方案优化。研究露天矿爆破可能引起的2种主要危害形式:超爆和飞石,进而确定超爆深度和飞石距离为爆破方案的被优化目标参数。另一方面,炮眼深、间距、装药深度、阻塞深度、单位炸药消耗量和钻孔率对超爆深度和飞石距离的影响是复杂的、非线性的,因而将其作为爆破方案的影响参数。分别用影响参数和目标参数作为ANN的输入值和输出值加以训练,训练后的ANN数据作为GA的适应度函数进行方案优化。结果表明:可找到符合工程实例数据的爆破方案集合,借助Pareto图,可得到相关参数的值最小(超瀑深度为0.6999m,飞石距离为27.3386m)的最优爆破方案。

利用ANN法预估芳香族多硝基化合物的密度

运用神经网络模型,采用误差反向传播算法,对一系列芳香族多硝基化合物的密度进行了预测。结果表明,芳香族多硝基化合物的密度与其分子结构存在良好的相关性,选用分子结构描述码作为输入特征参数能取得较高的预估精度,预测结果的相对误差一般在±10%以内。

基于环套原理的ANN型矿井小构造预测方法与应用——以淄博岭子煤矿为例

应用"多重环套理论"和人工神经网络(ANN)技术,提出了预测预报矿井小构造的一套完整理论体系和工作方法。以淄博岭子煤矿为例,优选确定煤层倾角、厚度、瓦斯聚集量和涌水量变化是主要控制岭子煤矿回采工作面前方小构造的四大因子,建立了1号井的回采工作面前方小构造预测的非线性模型。现场检验结果表明,在煤层回采过程中,只要精细掌控主控因子的大量信息变化,就能准确预测预报工作面回采前方的小构造展布特征。基于环套原理的ANN型矿井小构造预测方法解决了诱发矿井重大灾害事故小构造的预测预报难题。

基于GIS和ANN的中国区域贫困化空间模拟分析

中国区域贫困化产生的主导因素经历了制度因素、政策因素到自然因素的变化。本文在定量分析中国区域贫困化与自然要素关系的基础上,利用GIS和ANN(人工神经网络)技术模拟了1999年中国区域自然贫困化的空间分布。研究结果表明:地形因素如地形高程、地形破碎度、平均坡度与区域贫困化有显著的负相关关系。中国区域自然贫困化空间分布格局具有明显的空间集聚特性,自然致贫指数较高的区域集中分布在西部干旱和高寒地区、西南喀斯特地区、中部的燕山、太行山、秦巴山地。ANN模拟结果与现在中国主要贫困县分布相比较,其空间构型大体一致。

基于GIS与ANN的土地转化模型在城市空间扩展研究中的应用--以北京市为例

结合GIS强大的空间分析功能与人工神经网络(ANN)处理非线性适应性信息的独特能力建立一种土地转化模型(land transformation model,LTM),用以定量分析城市土地扩展与社会、政策、环境等因子之间关系,并基于此对城市空间扩展的动态进行模拟与预测。LTM模型的运行主要分为3步:因子选取与数据预处理;建立人工神经网络并输入数据对其进行训练与仿真;应用PID法对人工神经网络的输出进行分析,同时在GIS平台上模拟出城市扩展的动态分布。选取相应的影响因子并运用该模型对北京市的城市扩展进行实证模拟检验与预测,结果表明此LTM模型确实提供了一种定量分析和预测城市空间扩展的方法,能够为城市规划与城市发展政策的制定提供重要的科学参考。

基于ANN-CA模型的黄土小流域正负地形演化模拟

黄土高原正负地形的不同组合特征反映了黄土地貌的发育程度,黄土小流域正负地形的演化则是黄土高原地貌形态发育的缩影。该文采用地理元胞自动机的建模方法,对室内黄土小流域正负地形的演化过程进行建模与模拟。实验通过多次训练神经网络,自动获取转换规则,简化了构建元胞自动机模型的难度,同时,模拟的结果总精度达88.5%。研究表明,该方法可以反映黄土小流域正负地形演化过程中其沟谷扩张、沟头向前以及黄土陷穴的发育特点,对黄土高原地貌发育研究具有重要意义和可鉴性。