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。

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。

响应面法(RSM)及响应面-人工神经网络(RSM-ANN)混合模型优化地耳草总黄酮提取工艺

目的:优化地耳草总黄酮的超声波辅助提取工艺。方法:使用超声提取法提取地耳草总黄酮,分别应用响应面法(RSM)及响应面-人工神经网络(RSM-ANN)混合模型优化其总黄酮提取工艺。结果:RSM-ANN模型优化工艺误差更小且获得的提取率更高,表现出更高的预测准确度。地耳草总黄酮最佳提取工艺为液料比38∶1(mL/g),乙醇浓度61%,超声功率250W,超声时间34min,总黄酮提取率为5.43%。结论:RSM-ANN模型能较好优化地耳草总黄酮的提取工艺,展现出卓越的预测能力,具有广阔的应用前景。

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。

深埋长大隧道地温预测的机器学习算法对比研究

地热对隧道施工、工程结构及运营安全等均有较大的危害,随着我国基础设施建设布局西移,隧道建设的地质条件愈发复杂,隧道埋深和长度不断增加,隧道施工期高温热害问题频发。针对传统地温预测方法中预测精度不高、数据运用不充分,单一机器学习模型解译性差等问题,以A隧道为研究对象,将决策树(decision tree,DT)、支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)进行耦合,提出了基于DT-SVM-RF模型的深埋长大隧道地温预测方法。在分析隧道综合测井、地应力及岩石热物理试验、航空物探数据后,选取深度、声波波速等10个影响因子作为模型的输入,采用随机交叉验证和空间交叉验证对模型的鲁棒性、泛化能力进行检验,构建LASSO回归、随机森林、互信息3种回归模型,分析10个影响因子的特征重要性排序。结果表明:在测试集上多元线性回归、支持向量机、人工神经网络和决策树-支持向量机-随机森林(decision tree-support vector machinerandom forest,DT-SVM-RF)模型决定系数(R^(2))分别为0.76、0.91、0.88、0.93,均方误差MSE分别为17.64、6.25、8.46、5.20,DT-SVM-RF模型具有相对更优的预测性能,深度、岩石导温系数、岩石导热系数、最大水平主应力特征较为重要,说明DT-SVM-RF模型能有效地提高地温预测的准确率。研究结果可为类似隧道地温预测提供一种精度更高的可行新思路。

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。

Ann Arbor分期划分淋巴瘤淋巴结区域的意义探讨

目的分析淋巴瘤Ann Arbor淋巴结分区法对胸部淋巴瘤累及范围分布划分的充分性,探讨其对淋巴瘤淋巴区域累及野放疗设计的意义。方法收集湖南省肿瘤医院初治的24例治疗前进行过18F-FDG PET/CT检查的累及胸部的淋巴瘤患者,根据PET/CT检查显示统计病变在胸部累及的区域以及各个区域的发生率。结果淋巴瘤患者在胸部可累及多个区域,病变累及最多的区域是纵隔的4R区(66.7%,16/24),其次是双侧锁骨上区(62.5%,15/24);14例(58%)患者累及除Ann Arbor分期设定的纵隔、肺门、腋窝及锁骨上下区之外的淋巴结区域,包括内乳区淋巴结、心包、胸壁、横隔上淋巴结及膈角后淋巴结。结论 18F-FDG PET/CT能精确显示淋巴瘤在胸部受累的淋巴结区域,目前的Ann Arbor分期并不能详细包括累及胸部的淋巴瘤受累区域,需要尽早设计出更精确的淋巴瘤受累区域分区,以适合现代放疗靶区设计的范围定义及诊断。

煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅴ:基于GIS的ANN型、证据权型、Logistic回归型脆弱性指数法的比较

为解决煤层底板突水预测预报评价难题,在煤层底板突水主控指标体系和脆弱性指数法提出的基础上,以峰峰九龙矿煤层底板突水为研究对象,分别应用新提出的基于GIS的ANN型、证据权型、Logistic回归型脆弱性指数法对该矿煤层底板突水进行了预测评价,并分别生成煤层底板突水脆弱性分区图,并对3种预测评价结果进行了详细对比和拟合分析,总结提出了3种预测评价方法的适用条件和他们各自的特点及优劣。

基于EEMD与ANN混合方法的水库月径流预测

为了解决径流序列复杂的非稳态特征并提高径流的预报精度,采用EEMD-ANN组合方法构建径流预报模型,其中EEMD方法通过将非线性非稳态的水文序列分解为多组固有模态分量及趋势项,实现径流序列的稳态化,然后使用ANN方法分别进行预测,进而完成径流序列重构。以黄河龙羊峡水库为例,基于EEMD-ANN预报模型对入库径流量进行了预测,结果表明该方法可较精准地预测径流量。同时,通过对比分析发现,采用EEMD-ANN连续滚动预测月径流量在汛期的预报效果较好,而非汛期可采用同期预报的手段提高径流预报精度。

贵州省乌江流域土壤侵蚀模拟——基于GIS、RUSLE和ANN技术的研究

本研究在GIS技术支撑下选择RUSLE模型作为基础模型,估算乌江流域20世纪80年代和90年代年均土壤侵蚀量,结合ANN技术,预测2001—2010年乌江流域的土壤侵蚀量,分析了该流域近30年来土壤侵蚀动态变化规律,以期为研究区土壤侵蚀防治工作提供理论依据。研究结果表明:应用RUSLE模型计算乌江流域年均土壤侵蚀模数,计算结果和以往土壤侵蚀调查估计的结果比较吻合,但由于RUSLE模型不计算重力侵蚀,因此计算结果仍与实测输沙模数有所出入。90年代潜在土壤侵蚀模数比80年代高,流域潜在土壤侵蚀呈增加趋势,其中三岔河流域和马蹄河/印江河流域年均潜在土壤侵蚀模数最高。3种主要土地覆被类型中,林地的土壤保持量最大,耕地次之,草地最少,这与非喀斯特地区在水土保持效果上通常林地>草地>旱地的结论有所不同。通过构建BP神经网络,预测得到乌江流域2001—2010年土壤侵蚀模数,结果显示,21世纪前10年,流域土壤侵蚀模数大幅降低,流域年均土壤侵蚀模数由90年代的23.13 t/(hm2·a)降低为1.01 t/(hm2·a)。三岔河流域的水土流失得到了控制,黔西、金沙、息烽、修文、贵阳、平坝、思南、石阡、沿河和松桃等县市应是"十二五"期间的水土流失重点治理对象。