An accurate prediction of emotion is a very important issue for the sake of patient-centered medical device development and emotion-related psychology fields. Although there have been many studies on emotion prediction, no studies have applied the heart rate variability and neuro-fuzzy approach to emotion prediction. We propose ANFEP(Adaptive Neuro Fuzzy System for Emotion Prediction) HRV. The ANFEP bases its core functions on an ANFIS(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) which integrates neural networks with fuzzy systems as a vehicle for training predictive models. To prove the proposed model, 50 participants were invited to join the experiment and Heart rate variability was obtained and used to input the ANFEP model. The ANFEP model with STDRR and RMSSD as inputs and two membership functions per input variable showed the best results. The result out of applying the ANFEP to the HRV metrics proved to be significantly robust when compared with benchmarking methods like linear regression, support vector regression, neural network, and random forest. The results show that reliable prediction of emotion is possible with less input and it is necessary to develop a more accurate and reliable emotion recognition system.
Water resources which is formed of surface and groundwater, are considered as one of the pivotal natural resources worldwide. Since last century, the rapid population growth as well as accelerated industrialization and explosive urbanization lead to boost demand for groundwater for domestic, industrial and agricultural use. In fact, better management of groundwater can play crucial role in sustainable development; therefore, determining accurate location of groundwater based groundwater potential mapping is indispensable. In recent years, integration of machine learning techniques, Geographical Information System (GIS) and Remote Sensing (RS) are popular and effective methods employed for groundwater potential mapping. For determining the status of the integrated approach, a systematic review of 94 directly relevant papers were carried out over the six previous years (2015-2020). According to the literature review, the number of studies published annually increased rapidly over time. The total study area spanned 15 countries, and 85.1% of studies focused on Iran, India, China, South Korea, and Iraq. 20 variables were found to be frequently involved in groundwater potential investigations, of which 9 factors are almost always present namely slope, lithology (geology), land use/land cover (LU/LC), drainage/river density, altitude (elevation), topographic wetness index (TWI), distance from river, rainfall, and aspect. The data integration was carried random forest, support vector machine and boost regression tree among the machine learning techniques. Our study shows that for optimal results, groundwater mapping must be used as a tool to complement field work, rather than a low-cost substitute. Consequently, more study should be conducted to enhance the generalization and precision of groundwater potential map.
This study evaluated the effects of physical touch play programs in children through a systematic literature review and meta-analysis. A literature search for journal articles published before August 2022 was conducted using KERIS, KISS, DBpia, and ScienceON. The keywords used for the search were 'child', 'infant', 'physical touch', 'physical touch play', 'physical touch activities' and 'physical touch play program'. For the study's purpose, seven studies were selected through a systematic process of using several databases and were used to estimate the effect size of physical touch play programs. A meta-analysis was performed using a random effects model, and the effect size on cognitive function was calculated. Hedges' g of the physical touch play program was 6.20 (95% CI: 3.74-8.66), indicating a large effect size. To determine heterogeneity (I2= 95.4%, Q = 417.30, p<0.001), moderator analysis was performed using the total number of times and intervention duration. The total number of times was statistically significant; the other moderators did not differ significantly. This study systematically analyzed the results of physical touch play programs on children in Korea. It also provides insights that can be applied to the design of physical touch play programs for children. To present more evidence that supports the effectiveness of physical touch programs, further research is warranted.
The occurrence and intensity of wildfires are increasing with climate change. Emissions from forest fire smoke are recognized as one of the major causes affecting air quality and the greenhouse effect. The use of satellite product and machine learning is essential for detection of forest fire smoke. Until now, research on forest fire smoke detection has had difficulties due to difficulties in cloud identification and vague standards of boundaries. The purpose of this study is to detect forest fire smoke using Level 1 and Level 2 data of Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS), a Korean environmental satellite sensor, and machine learning. In March 2022, the forest fire in Gangwon-do was selected as a case. Smoke pixel classification modeling was performed by producing wildfire smoke label images and inputting GEMS Level 1 and Level 2 data to the random forest model. In the trained model, the importance of input variables is Aerosol Optical Depth (AOD), 380 nm and 340 nm radiance difference, Ultra-Violet Aerosol Index (UVAI), Visible Aerosol Index (VisAI), Single Scattering Albedo (SSA), formaldehyde (HCHO), nitrogen dioxide (NO2), 380 nm radiance, and 340 nm radiance were shown in that order. In addition, in the estimation of the forest fire smoke probability (0 ≤ p ≤ 1) for 2,704 pixels, Mean Bias Error (MBE) is -0.002, Mean Absolute Error (MAE) is 0.026, Root Mean Square Error (RMSE) is 0.087, and Correlation Coefficient (CC) showed an accuracy of 0.981.
Bae, Suyeong;Lee, Mi Jung;Nam, Sanghun;Hong, Ickpyo
Therapeutic Science for Rehabilitation
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v.11
no.4
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pp.23-39
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2022
Objective : To summarize clinical and demographic variables and machine learning uses for predicting functional outcomes of patients with stroke. Methods : We searched PubMed, CINAHL and Web of Science to identify published articles from 2010 to 2021. The search terms were "machine learning OR data mining AND stroke AND function OR prediction OR/AND rehabilitation". Articles exclusively using brain imaging techniques, deep learning method and articles without available full text were excluded in this study. Results : Nine articles were selected for this study. Support vector machines (19.05%) and random forests (19.05%) were two most frequently used machine learning models. Five articles (55.56%) demonstrated that the impact of patient initial and/or discharge assessment scores such as modified ranking scale (mRS) or functional independence measure (FIM) on stroke patients' functional outcomes was higher than their clinical characteristics. Conclusions : This study showed that patient initial and/or discharge assessment scores such as mRS or FIM could influence their functional outcomes more than their clinical characteristics. Evaluating and reviewing initial and or discharge functional outcomes of patients with stroke might be required to develop the optimal therapeutic interventions to enhance functional outcomes of patients with stroke.
KIM, Ye-Jin;KANG, Eun-Jin;CHO, Dong-Jin;LEE, Si-Woo;IM, Jung-Ho
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.25
no.3
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pp.74-99
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2022
Surface ozone is produced by photochemical reactions of nitrogen oxides(NOx) and volatile organic compounds(VOCs) emitted from vehicles and industrial sites, adversely affecting vegetation and the human body. In South Korea, ozone is monitored in real-time at stations(i.e., point measurements), but it is difficult to monitor and analyze its continuous spatial distribution. In this study, surface ozone concentrations were interpolated to have a spatial resolution of 1.5km every hour using the stacking ensemble technique, followed by a 5-fold cross-validation. Base models for the stacking ensemble were cokriging, multi-linear regression(MLR), random forest(RF), and support vector regression(SVR), while MLR was used as the meta model, having all base model results as additional input variables. The results showed that the stacking ensemble model yielded the better performance than the individual base models, resulting in an averaged R of 0.76 and RMSE of 0.0065ppm during the study period of 2020. The surface ozone concentration distribution generated by the stacking ensemble model had a wider range with a spatial pattern similar with terrain and urbanization variables, compared to those by the base models. Not only should the proposed model be capable of producing the hourly spatial distribution of ozone, but it should also be highly applicable for calculating the daily maximum 8-hour ozone concentrations.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.28
no.2
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pp.1-9
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2023
Research using AI and big data is also being actively conducted in the health and medical fields such as disease diagnosis and treatment. Most of the existing research data used cohort data from research institutes or some patient data. In this paper, the difference in the prediction rate of survival and the factors affecting survival between breast cancer patients in their 40~50s and other age groups was revealed using health insurance review claim data held by the HIRA. As a result, the accuracy of predicting patients' survival was 0.93 on average in their 40~50s, higher than 0.86 in their 60~80s. In terms of that factor, the number of treatments was high for those in their 40~50s, and age was high for those in their 60~80s. Performance comparison with previous studies, the average precision was 0.90, which was higher than 0.81 of the existing paper. As a result of performance comparison by applied algorithm, the overall average precision of Decision Tree, Random Forest, and Gradient Boosting was 0.90, and the recall was 1.0, and the precision of multi-layer perceptrons was 0.89, and the recall was 1.0. I hope that more research will be conducted using machine learning automation(Auto ML) tools for non-professionals to enhance the use of the value for health insurance review claim data held by the HIRA.
This study examined the spectral characteristics of sediments according to moisture content using an unmanned aerial vehicle (UAV)-based hyperspectral sensor and evaluated the efficiency of moisture content detection at different flight altitudes. For this purpose, hyperspectral images in the 400-1000nm wavelength range were acquired and analyzed at altitudes of 40m and 80m for sediment samples with various moisture contents. The reflectance of the sediments generally showed a decreasing trend as the moisture content increased. Correlation analysis between moisture content and reflectance showed a strong negative correlation (r < -0.8) across the entire 400-900nm range. The moisture content detection model constructed using the Random Forest technique showed detection accuracies of RMSE 2.6%, R2 0.92 at 40m altitude and RMSE 2.2%, R2 0.95 at 80m altitude, confirming that the difference in accuracy between altitudes was minimal. Variable importance analysis revealed that the 600-700nm band played a crucial role in moisture content detection. This study is expected to be utilized in efficient sediment moisture management and natural disaster prediction in the field of environmental monitoring in the future.
Lee, Seungmin;Baek, Seonuk;Lee, Junhak;Kim, Kyungtak;Kim, Soojun;Kim, Hung Soo
Journal of Korea Water Resources Association
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v.56
no.4
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pp.261-272
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2023
In recent years, natural disasters such as heavy rainfall and typhoons have occurred more frequently, and their severity has increased due to climate change. The Korea Meteorological Administration (KMA) currently uses the same criteria for all regions in Korea for watch and warning based on the maximum cumulative rainfall with durations of 3-hour and 12-hour to reduce damage. However, KMA's criteria do not consider the regional characteristics of damages caused by heavy rainfall and typhoon events. In this regard, it is necessary to develop new criteria considering regional characteristics of damage and cumulative rainfalls in durations, establishing four stages: blue, yellow, orange, and red. A classification model, called DSCM (Disaster Severity Classification Model), for the four-stage disaster severity was developed using four machine learning models (Decision Tree, Support Vector Machine, Random Forest, and XGBoost). This study applied DSCM to local governments of Seoul, Incheon, and Gyeonggi Province province. To develop DSCM, we used data on rainfall, cumulative rainfall, maximum rainfalls for durations of 3-hour and 12-hour, and antecedent rainfall as independent variables, and a 4-class damage scale for heavy rain damage and typhoon damage for each local government as dependent variables. As a result, the Decision Tree model had the highest accuracy with an F1-Score of 0.56. We believe that this developed DSCM can help identify disaster risk at each stage and contribute to reducing damage through efficient disaster management for local governments based on specific events.
Atmospheric aerosols not only have adverse effects on human health but also exert direct and indirect impacts on the climate system. Consequently, it is imperative to comprehend the characteristics and spatiotemporal distribution of aerosols. Numerous research endeavors have been undertaken to monitor aerosols, predominantly through the retrieval of aerosol optical depth (AOD) via satellite-based observations. Nonetheless, this approach primarily relies on a look-up table-based inversion algorithm, characterized by computationally intensive operations and associated uncertainties. In this study, a novel high-resolution AOD direct retrieval algorithm, leveraging machine learning, was developed using top-of-atmosphere reflectance data derived from the Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II), in conjunction with their differences from the past 30-day minimum reflectance, and meteorological variables from numerical models. The Light Gradient Boosting Machine (LGBM) technique was harnessed, and the resultant estimates underwent rigorous validation encompassing random, temporal, and spatial N-fold cross-validation (CV) using ground-based observation data from Aerosol Robotic Network (AERONET) AOD. The three CV results consistently demonstrated robust performance, yielding R2=0.70-0.80, RMSE=0.08-0.09, and within the expected error (EE) of 75.2-85.1%. The Shapley Additive exPlanations(SHAP) analysis confirmed the substantial influence of reflectance-related variables on AOD estimation. A comprehensive examination of the spatiotemporal distribution of AOD in Seoul and Ulsan revealed that the developed LGBM model yielded results that are in close concordance with AERONET AOD over time, thereby confirming its suitability for AOD retrieval at high spatiotemporal resolution (i.e., hourly, 250 m). Furthermore, upon comparing data coverage, it was ascertained that the LGBM model enhanced data retrieval frequency by approximately 8.8% in comparison to the GOCI-II L2 AOD products, ameliorating issues associated with excessive masking over very illuminated surfaces that are often encountered in physics-based AOD retrieval processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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