This paper proposes a Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, which is improved by making use of the Harmony Search (HS) approach and called HS-PSO algorithm. A computer code is developed for optimal sizing design of non-linear steel frames with various semi-rigid and rigid beam-to-column connections based on the HS-PSO algorithm. The developed code selects suitable sections for beams and columns, from a standard set of steel sections such as American Institute of Steel Construction (AISC) wide-flange W-shapes, such that the minimum total cost, which comprises total member plus connection costs, is obtained. Stress and displacement constraints of AISC-LRFD code together with the size constraints are imposed on the frame in the optimal design procedure. The nonlinear moment-rotation behavior of connections is modeled using the Frye-Morris polynomial model. Moreover, the P-${\Delta}$ effects of beam-column members are taken into account in the non-linear structural analysis. Three benchmark design examples with several types of connections are presented and the results are compared with those of standard PSO and of other researches as well. The comparison shows that the proposed HS-PSO algorithm performs better both than the PSO and the Big Bang-Big Crunch (BB-BC) methods.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.114-114
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2022
딥러닝의 학습 및 예측성능을 개선하기 위해서는 딥러닝 기법 내 연산과정의 개선과 함께 학습 및 예측에 사용되는 데이터의 전처리 과정이 중요하다. 본 연구에서는 딥러닝의 성능을 개량하기 위해 제안된 메타휴리스틱 최적화 알고리즘-딥러닝 결합모형과 데이터 전처리 기법을 통해 댐의 수위를 예측하였다. 수위예측을 위해 Multi-Layer Perceptron(MLP), 메타휴리스틱 최적화 알고리즘인 Harmony Search(HS)와 딥러닝을 결합한 MLP using a HS(MLPHS) 및 Exponential Bandwidth Harmony Search with Centralized Global Search(EBHS-CGS)와 딥러닝을 결합한MLP using a EBHS-CGS(MLPEBHS)를 통해 댐의 수위를 예측하였다. 메타휴리스틱 최적화 알고리즘-딥러닝 결합모형의 학습 및 예측성능을 개선하기 위해 학습 및 예측을 위한 자료를 기반으로 데이터 전처리기법을 적용하였다. 적용된 데이터 전처리 기법은 정규화, 수위구간별 사상(Event)분리 및 수위 변동에 대한 자료의 구분이다. 수위예측을 위한 대상유역은 금강유역에 위치한 대청댐으로 선정하였다. 대청댐의 수위예측을 위해 대청댐 상류에 위치하는 수위관측소 3개소를 선정하여 수위자료를 취득하였다. 각 수위관측소에서 취득한 수위자료를 입력자료로 설정하였으며, 대청댐의 수위자료를 출력자료로 설정하여 메타휴리스틱 최적화 알고리즘-딥러닝 모형의 학습을 진행하였다. 각 수위관측소 및 대청댐에서 취득한 수위자료는 2010년부터 2020년까지 총 11년의 일 단위 수위자료이며, 2010년부터 2019년까지의 자료를 학습자료로 사용하였으며, 2020년의 자료를 예측 및 검증자료로 사용하였다.
In this study, solution models are proposed to obtain code-compatible ground motion record sets which can be used for both uni-directional and bi-directional dynamic analyses. Besides scaled, unscaled ground motion record sets are obtained to show the utility and efficiency of the solution models. For scaled ground motion sets the proposed model is based on hybrid HS-Solver which integrates heuristic harmony search (HS) algorithm with the spreadsheet Solver add-in. For unscaled ground motion sets HS based solution model is proposed. Design spectra defined in Eurocode-8 for different soil types are selected as target spectra. The European Strong Motion Database is used to get ground motion record sets. Also, a sensitivity analysis is conducted to evaluate the effect of different HS solution parameters on the solution accuracy. Results show that the proposed solution models can be regarded as efficient ways to develop scaled and unscaled ground motion sets compatible with code-based design spectra.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.15
no.5
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pp.299-307
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2022
Harmony Search (HS) is a relatively recently developed meta-heuristic optimization algorithm, and various studies have been conducted on it. HS is based on the musician's improvisational performance, and the objective variables play the role of the instrument. However, each instrument is given only a sound range, and there is no concept of a scale that can be said to be the basis of music. In this study, the performance of the algorithm is improved by introducing a scale to the existing HS and quantizing the bandwidth. The introduced scale was applied to HM initialization instead of the existing method that was randomly initialized in the sound band. The quantization step can be set arbitrarily, and through this, a relatively large bandwidth is used at the beginning of the algorithm to improve the exploration of the algorithm, and a small bandwidth is used to improve the exploitation in the second half. Through the introduction of scale and bandwidth quantization, it was possible to reduce the algorithm performance deviation due to the initial value and improve the algorithm convergence speed and success rate compared to the existing HS. The results of this study were confirmed by comparing examples of optimization values for various functions with the conventional method. Specific comparative values were described in the simulation.
In this paper, we utilize training strategy of hidden Markov model (HMM) to use in versatile issues such as classification of time-series sequential data such as electric transient disturbance problem in power system. For this, an automatic means of optimizing HMMs would be highly desirable, but it raises important issues: model interpretation and complexity control. With this in mind, we explore the possibility of using genetic algorithm (GA) and harmony search (HS) algorithm for optimizing the HMM. GA is flexible to allow incorporating other methods, such as Baum-Welch, within their cycle. Furthermore, operators that alter the structure of HMMs can be designed to simple structures. HS algorithm with parameter-setting free technique is proper for optimizing the parameters of HMM. HS algorithm is flexible so as to allow the elimination of requiring tedious parameter assigning efforts. In this paper, a sequential data analysis simulation is illustrated, and the optimized-HMMs are evaluated. The optimized HMM was capable of classifying a sequential data set for testing compared with the normal HMM.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.27
no.1
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pp.22-28
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2017
The Convolutional Neural Network(CNN) can be divided into two stages: feature extraction and classification. The hyperparameters such as kernel size, number of channels, and stride in the feature extraction step affect the overall performance of CNN as well as determining the structure of CNN. In this paper, we propose a method to optimize the hyperparameter in CNN feature extraction stage using Parameter-Setting-Free Harmony Search (PSF-HS) algorithm. After setting the overall structure of CNN, hyperparameter was set as a variable and the hyperparameter was optimized by applying PSF-HS algorithm. The simulation was conducted using MATLAB, and CNN learned and tested using mnist data. We update the parameters for a total of 500 times, and it is confirmed that the structure with the highest accuracy among the CNN structures obtained by the proposed method classifies the mnist data with an accuracy of 99.28%.
Kim, Se-Jun;Yoo, Seung-Eon;Lee, Byung-Jun;Kim, Kyung-Tae;Youn, Hee-Yong
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2019.01a
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pp.29-30
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2019
본 논문에서는 다중 컨트롤러가 존재하는 분산 SDN 환경에서 과도한 제어 메시지로 인한 과부하된 컨트롤러의 부하를 줄이기 위하여 이주할 스위치를 K-means 군집화와 Harmony Search(HS)를 기반으로 선정 하는 기법을 제안하였다. 기존에 HS를 이용하여 이주할 스위치를 선택하는 기법이 제시되었으나, 시간 소모에 비하여 정확도가 부족한 단점이 있다. 또한 Harmony Memory(HM) 구축을 위해 메모리 소모 또한 크다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 유클리드 거리를 기반으로 하는 K-means 군집화를 이용하여 이주할 스위치를 골라내어 HM의 크기를 줄이고 이주 효율을 향상 시킨다.
Park, Jin-Ho;Lee, Kang-Hyun;Shin, Sang-Hoon;Lee, Seong-Won;Lee, In-Mo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.2
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pp.149-160
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2014
The objective of this study is the application of the harmony search (HS) algorithm and verification of the accuracy of inverse analysis to predict the location, thickness and electrical properties of anomalous zone ahead of tunnel face when utilizing the electrical resistivity survey using electrical resistivity of the ground. The relationship correlating the characteristic values of the anomalous zone with the electrical resistance values was derived using Gauss' laws and Ohm's laws. Inverse analysis program was developed to predict anomalous zone by using electrical resistivity based on HS algorithm. Electrical resistance measuring system is devised to obtain the electrical resistivity of the ground, and laboratory tests were performed on anomalies to verify the proposed HS algorithm. The test results show that the characteristics of the anomalies are predicted reasonably well resulting in less than 5% error when predicting the location and thickness of the anomaly.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.6
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pp.301-308
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2018
This paper presents an optimal design method of a hybrid structural control system considering multi-hazard. Unlike a typical structural control system in which one system is designed for one specific type of hazard, a simultaneous optimal design method for both active and passive control systems is proposed for the mitigation of seismic and wind induced vibration responses of structures. As a numerical example, an optimal design problem is illustrated for a hybrid mass damper(HMD) and 30 viscous dampers which are installed on a 30 story building structure. In order to solve the optimization problem, a self-adaptive Harmony Search(HS) algorithm is adopted. Harmony Search algorithm is one of the meta-heuristic evolutionary methods for the global optimization, which mimics the human player's tuning process of musical instruments. A self-adaptive, dynamic parameter adjustment algorithm is also utilized for the purpose of broad search and fast convergence. The optimization results shows that the performance and effectiveness of the proposed system is superior with respect to a reference hybrid system in which the active and passive systems are independently optimized.
A Harmony Search (HS) and Genetic Algorithms (GA), two powerful metaheuristic search techniques, are used for minimum weight designs of different truss structures by selecting suitable profile sections from a specified list taken from American Institute of Steel Construction (AISC). A computer program is coded in MATLAB interacting with SAP2000-OAPI to obtain solution of design problems. The stress constraints according to AISC-ASD (Allowable Stress Design) and displacement constraints are considered for optimum designs. Three different truss structures such as bridge, dome and tower structures taken from literature are designed and the results are compared with the ones available in literature. The results obtained from the solutions for truss structures show that optimum designs by these techniques are very similar to the literature results and HS method usually provides more economical solutions in multi-element truss problems.
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