In this study, the magnetocaloric effect and transition temperature of bulk metallic glass, an amorphous material, were predicted through machine learning based on the composition features. From the Python module 'Matminer', 174 compositional features were obtained, and prediction performance was compared while reducing the composition features to prevent overfitting. After optimization using RandomForest, an ensemble model, changes in prediction performance were analyzed according to the number of compositional features. The R2 score was used as a performance metric in the regression prediction, and the best prediction performance was found using only 90 features predicting transition temperature, and 20 features predicting magnetocaloric effects. The most important feature when predicting magnetocaloric effects was the 'Fe' compositional ratio. The feature importance method provided by 'scikit-learn' was applied to sort compositional features. The feature importance method was found to be appropriate by comparing the prediction performance of the Fe-contained dataset with the full dataset.
Semiconductor engineers have long sought to enhance the energy efficiency of mobile semiconductors by reducing their voltage. During the final stages of the semiconductor manufacturing process, the screening and evaluation of voltage is crucial. However, determining the optimal test start voltage presents a significant challenge as it can increase testing time. In the semiconductor manufacturing process, a wealth of test element group information is collected. If this information can be controlled to predict the test voltage, it could lead to a reduction in testing time and increase the probability of identifying the optimal voltage. To achieve this, this paper is exploring machine learning techniques, such as linear regression and ensemble models, that can leverage large amounts of information for voltage prediction. The outcomes of these machine learning methods not only demonstrate high consistency but can also be used for feature engineering to enhance accuracy in future processes.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.11
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pp.53-63
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2023
This study developed a cognitive impairment predictive model as one of the screening tests for preventing dementia in the elderly by using Automated Machine Learning(AutoML). We used 'Wearable lifelog data for high-risk dementia patients' of National Information Society Agency, then conducted using PyCaret 3.0.0 in the Google Colaboratory environment. This study analysis steps are as follows; first, selecting five models demonstrating excellent classification performance for the model development and lifelog data analysis. Next, using ensemble learning to integrate these models and assess their performance. It was found that Voting Classifier, Gradient Boosting Classifier, Extreme Gradient Boosting, Light Gradient Boosting Machine, Extra Trees Classifier, and Random Forest Classifier model showed high predictive performance in that order. This study findings, furthermore, emphasized on the the crucial importance of 'Average respiration per minute during sleep' and 'Average heart rate per minute during sleep' as the most critical feature variables for accurate predictions. Finally, these study results suggest that consideration of the possibility of using machine learning and lifelog as a means to more effectively manage and prevent cognitive impairment in the elderly.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.12
no.2
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pp.99-110
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2023
This study proposed a classification of malicious network traffic using the cyber threat framework(Mitre ATT&CK) and machine learning to solve the real-time traffic detection problems faced by current security monitoring systems. We applied a network traffic dataset called UNSW-NB15 to the Mitre ATT&CK framework to transform the label and generate the final dataset through rare class processing. After learning several boosting-based ensemble models using the generated final dataset, we demonstrated how these ensemble models classify network traffic using various performance metrics. Based on the F-1 score, we showed that XGBoost with no rare class processing is the best in the multi-class traffic environment. We recognized that machine learning ensemble models through Mitre ATT&CK label conversion and oversampling processing have differences over existing studies, but have limitations due to (1) the inability to match perfectly when converting between existing datasets and Mitre ATT&CK labels and (2) the presence of excessive sparse classes. Nevertheless, Catboost with B-SMOTE achieved the classification accuracy of 0.9526, which is expected to be able to automatically detect normal/abnormal network traffic.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.9
no.6
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pp.187-194
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2020
This paper proposes a website fingerprinting method using ensemble learning over a Tor network that guarantees client anonymity and personal information. We construct a training problem for website fingerprinting from the traffic packets collected in the Tor network, and compare the performance of the website fingerprinting system using tree-based ensemble models. A training feature vector is prepared from the general information, burst, cell sequence length, and cell order that are extracted from the traffic sequence, and the features of each website are represented with a fixed length. For experimental evaluation, we define four learning problems (Wang14, BW, CWT, CWH) according to the use of website fingerprinting, and compare the performance with the support vector machine model using CUMUL feature vectors. In the experimental evaluation, the proposed statistical-based training feature representation is superior to the CUMUL feature representation except for the BW case.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.7
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pp.972-980
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2022
The butterfly species recognition technology based on machine learning using images has the effect of reducing a lot of time and cost of those involved in the related field to understand the diversity, number, and habitat distribution of butterfly species. In order to improve the accuracy and time efficiency of butterfly species classification, various features used as the inputs of machine learning models have been studied. Among them, branch length similarity(BLS) entropy or color intensity entropy methods using the concept of entropy showed higher accuracy and shorter learning time than other features such as Fourier transform or wavelet. This paper proposes a feature extraction algorithm using RGB color intensity entropy for butterfly color images. In addition, we develop butterfly recognition systems that combines the proposed feature extraction method with representative ensemble models and evaluate their performance.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.12
no.4
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pp.173-178
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2023
As Korean literature spreads around the world, its position in the overseas publishing market has become important. As demand in the overseas publishing market continues to grow, it is essential to predict future book sales and analyze the characteristics of books that have been highly favored by overseas readers in the past. In this study, we proposed ensemble learning based prediction model and analyzed characteristics of the cumulative sales of more than 5,000 copies classified as good sellers published overseas over the past 5 years. We applied the five ensemble learning models, i.e., XGBoost, Gradient Boosting, Adaboost, LightGBM, and Random Forest, and compared them with other machine learning algorithms, i.e., Support Vector Machine, Logistic Regression, and Deep Learning. Our experimental results showed that the ensemble algorithm outperforms other approaches in troubleshooting imbalanced data. In particular, the LightGBM model obtained an AUC value of 99.86% which is the best prediction performance. Among the features used for prediction, the most important feature is the author's number of overseas publications, and the second important feature is publication in countries with the largest publication market size. The number of evaluation participants is also an important feature. In addition, text mining was performed on the four book reviews that sold the most among good-selling books. Many reviews were interested in stories, characters, and writers and it seems that support for translation is needed as many of the keywords of "translation" appear in low-rated reviews.
Predicting term deposit subscriptions is one of representative financial marketing in banks, and banks can build a prediction model using various customer information. In order to improve the classification accuracy for term deposit subscriptions, many studies have been conducted based on machine learning techniques. However, even if these models can achieve satisfactory performance, utilizing them is not an easy task in the industry when their decision-making process is not adequately explained. To address this issue, this paper proposes an explainable scheme for term deposit subscription forecasting. For this, we first construct several classification models using decision tree-based ensemble learning methods, which yield excellent performance in tabular data, such as random forest, gradient boosting machine (GBM), extreme gradient boosting (XGB), and light gradient boosting machine (LightGBM). We then analyze their classification performance in depth through 10-fold cross-validation. After that, we provide the rationale for interpreting the influence of customer information and the decision-making process by applying Shapley additive explanation (SHAP), an explainable artificial intelligence technique, to the best classification model. To verify the practicality and validity of our scheme, experiments were conducted with the bank marketing dataset provided by Kaggle; we applied the SHAP to the GBM and LightGBM models, respectively, according to different dataset configurations and then performed their analysis and visualization for explainable term deposit subscriptions.
The advancement in large-scale underground excavation in urban areas necessitates monitoring and predicting technologies that can pre-emptively mitigate risk factors at construction sites. Traditionally, two methods predict the deformation of retaining walls induced by excavation: empirical and numerical analysis. Recent progress in artificial intelligence technology has led to the development of a predictive model using machine learning techniques. This study developed a model for predicting the deformation of a retaining wall under construction using a boosting-based algorithm and an ensemble model with outstanding predictive power and efficiency. A database was established using the data from the design-construction-maintenance process of the underground retaining wall project in a manifold manner. Based on these data, a learning model was created, and the performance was evaluated. The boosting and ensemble models demonstrated that wall deformation could be accurately predicted. In addition, it was confirmed that prediction results with the characteristics of the actual construction process can be presented using data collected from ground measurements. The predictive model developed in this study is expected to be used to evaluate and monitor the stability of retaining walls under construction.
The properties of soil are naturally highly variable and thus, to ensure proper safety and reliability, we need to test a large number of samples across the length and depth. In pile foundations, conducting field tests are highly expensive and the traditional empirical relations too have been proven to be poor in performance. The study proposes a state-of-art Particle Swarm Optimization (PSO) hybridized Artificial Neural Network (ANN), Extreme Learning Machine (ELM) and Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS); and comparative analysis of metaheuristic models (ANN-PSO, ELM-PSO, ANFIS-PSO) for prediction of bearing capacity of pile foundation trained and tested on dataset of nearly 300 dynamic pile tests from the literature. A novel ensemble model of three hybrid models is constructed to combine and enhance the predictions of the individual models effectively. The authenticity of the dataset is confirmed using descriptive statistics, correlation matrix and sensitivity analysis. Ram weight and diameter of pile are found to be most influential input parameter. The comparative analysis reveals that ANFIS-PSO is the best performing model in testing phase (R2 = 0.85, RMSE = 0.01) while ELM-PSO performs best in training phase (R2 = 0.88, RMSE = 0.08); while the ensemble provided overall best performance based on the rank score. The performance of ANN-PSO is least satisfactory compared to the other two models. The findings were confirmed using Taylor diagram, error matrix and uncertainty analysis. Based on the results ELM-PSO and ANFIS-PSO is proposed to be used for the prediction of bearing capacity of piles and ensemble learning method of joining the outputs of individual models should be encouraged. The study possesses the potential to assist geotechnical engineers in the design phase of civil engineering projects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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