In recent years, artificial intelligence, especially object detection-based deep learning in computer vision, has made significant advancements, driven by the development of computing power and the widespread use of graphic processor units. Object detection-based deep learning techniques have been applied in various fields, including the medical imaging domain, where remarkable achievements have been reported in disease detection. However, the application of deep learning does not always guarantee satisfactory performance, and researchers have been employing trial-and-error to identify the factors contributing to performance degradation and enhance their models. Moreover, due to the black-box problem, the intermediate processes of a deep learning network cannot be comprehended by humans; as a result, identifying problems in a deep learning model that exhibits poor performance can be challenging. This article highlights potential issues that may cause performance degradation at each deep learning step in the medical imaging domain and discusses factors that must be considered to improve the performance of deep learning models. Researchers who wish to begin deep learning research can reduce the required amount of trial-and-error by understanding the issues discussed in this study.
Dong-Hun Shin;Moon-Ghu Park;Hae-Yong Jeong;Jae-Yong Lee;Jung-Uk Sohn;Do-Yeon Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권12호
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pp.4607-4616
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2023
We implement machine learning regression models to predict peak pressures of primary and secondary systems, a major safety concern in Loss Of Condenser Vacuum (LOCV) accident. We selected the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety-KINS standard (MARS-KS) code to analyze the LOCV accident, and the reference plant is the Korean Optimized Power Reactor 1000MWe (OPR1000). eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) is selected as a machine learning tool. The MARS-KS code is used to generate LOCV accident data and the data is applied to train the machine learning model. Hyperparameter optimization is performed using a simulated annealing. The randomly generated combination of initial conditions within the operating range is put into the input of the XGBoost model to predict the peak pressure. These initial conditions that cause peak pressure with MARS-KS generate the results. After such a process, the error between the predicted value and the code output is calculated. Uncertainty about the machine learning model is also calculated to verify the model accuracy. The machine learning model presented in this paper successfully identifies a combination of initial conditions that produce a more conservative peak pressure than the values calculated with existing methodologies.
You only look once v5 (YOLOv5)는 객체 검출 과정에 우수한 성능을 보이고 있는 딥러닝 모델 중 하나다. 그러므로 본 연구의 목적은 양전차방출단층촬영 팬텀 영상에서 다양한 하이퍼 파라미터에 따른 YOLOv5 모델의 성능을 평가했다. 데이터 세트는 500장의 QIN PET segmentation challenge로부터 제공되는 오픈 소스를 사용하였으며, LabelImg 소프트웨어를 사용하여 경계박스를 설정했다. 학습의 적용된 하이퍼파라미터는 최적화 함수 SDG, Adam, AdamW, 활성화 함수 SiLu, LeakyRelu, Mish, Hardwish와 YOLOv5 모델 크기에 따라 nano, small, large, xlarge다. 학습성능을 평가하기 위한 정량적 분석방법으로 Intersection of union (IOU)를 사용하였다. 결과적으로, AdmaW의 최적화 함수, Hardwish의 활성화 함수, nano 크기에서 우수한 객체 검출성능을 보였다. 결론적으로 핵의학 영상에서의 객체 검출 성능에 대한 YOLOV5 모델의 유용성을 확인하였다.
Bonding carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates have been extensively employed in the restoration of steel constructions. In addition to the mechanical properties of the CFRP, the bond strength (PU) between the CFRP and steel is often important in the eventual strengthened performance. Nonetheless, the bond behavior of the CFRP-steel (CS) interface is exceedingly complicated, with multiple failure causes, giving the PU challenging to forecast, and the CFRP-enhanced steel structure is unsteady. In just this case, appropriate methods were established by hybridized Random Forests (RF) and support vector regression (SVR) approaches on assembled CS single-shear experiment data to foresee the PU of CS, in which a recently established optimization algorithm named Aquila optimizer (AO) was used to tune the RF and SVR hyperparameters. In summary, the practical novelty of the article lies in its development of a reliable and efficient method for predicting bond strength at the CS interface, which has significant implications for structural rehabilitation, design optimization, risk mitigation, cost savings, and decision support in engineering practice. Moreover, the Fourier Amplitude Sensitivity Test was performed to depict each parameter's impact on the target. The order of parameter importance was tc> Lc > EA > tA > Ec > bc > fc > fA from largest to smallest by 0.9345 > 0.8562 > 0.79354 > 0.7289 > 0.6531 > 0.5718 > 0.4307 > 0.3657. In three training, testing, and all data phases, the superiority of AO - RF with respect to AO - SVR and MARS was obvious. In the training stage, the values of R2 and VAF were slightly similar with a tiny superiority of AO - RF compared to AO - SVR with R2 equal to 0.9977 and VAF equal to 99.772, but large differences with results of MARS.
점진적 광자 매핑 방식은 복잡한 전역 조명 효과를 효율적으로 렌더링할 수 있다. 그러나 샘플이 유한한 경우, 반경 축소비율 변수에 의해 분산과 편향 값이 크게 영향 받는다. 유한한 샘플을 사용한 렌더링 결과의 픽셀 오류 및 기울기를 추정하여 추정된 기울기를 기반으로 반경 축소비율을 결정하는 최적의 매개변수를 학습할 수 있다면, 렌더링 된 이미지의 오류를 줄일 수 있을 것이다. 본 논문에서는 점진적 광자 매핑 방식을 통한 렌더링과 매개변수 학습이 동시에 될 수 있도록 기울기를 추정하고 추정된 기울기를 유한 차분법을 통해 계산된 기울기와 비교하여 검증한다. 본 논문에서 추정된 기울기는 향후 점진적 광자 매핑 방식의 렌더링과 매개변수 추정을 동시에 수행하는 온라인 학습 알고리즘에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
Recently, deep learning that is the most popular and effective class of machine learning algorithms is widely applied to various industrial areas. A number of research on various topics about structural engineering was performed by using artificial neural networks, such as structural design optimization, vibration control and system identification etc. When nonlinear semi-active structural control devices are applied to building structure, a lot of computational effort is required to predict dynamic structural responses of finite element method (FEM) model for development of control algorithm. To solve this problem, an artificial neural network model was developed in this study. Among various deep learning algorithms, a recurrent neural network (RNN) was used to make the time history response prediction model. An RNN can retain state from one iteration to the next by using its own output as input for the next step. An eleven-story building structure with semi-active tuned mass damper (TMD) was used as an example structure. The semi-active TMD was composed of magnetorheological damper. Five historical earthquakes and five artificial ground motions were used as ground excitations for training of an RNN model. Another artificial ground motion that was not used for training was used for verification of the developed RNN model. Parametric studies on various hyper-parameters including number of hidden layers, sequence length, number of LSTM cells, etc. After appropriate training iteration of the RNN model with proper hyper-parameters, the RNN model for prediction of seismic responses of the building structure with semi-active TMD was developed. The developed RNN model can effectively provide very accurate seismic responses compared to the FEM model.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제22권10호
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pp.246-256
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2022
Recently, parents and teachers consider physical education as a minor subject for students in elementary and secondary schools. Physical education performance has become increasingly significant as parents and schools pay more attention to physical schooling. The sports mining with distribution analysis model considers different factors, including the games, comments, conversations, and connection made on numerous sports interests. Using different machine learning/deep learning approach, children's athletic and academic interests can be tracked over the course of their academic lives. There have been a number of studies that have focused on predicting the success of students in higher education. Sports interest prediction research at the secondary level is uncommon, but the secondary level is often used as a benchmark to describe students' educational development at higher levels. An Automated Student Interest Prediction on Sports Mining using DL Based Bi-directional Long Short-Term Memory model (BiLSTM) is presented in this article. Pre-processing of data, interest classification, and parameter tweaking are all the essential operations of the proposed model. Initially, data augmentation is used to expand the dataset's size. Secondly, a BiLSTM model is used to predict and classify user interests. Adagrad optimizer is employed for hyperparameter optimization. In order to test the model's performance, a dataset is used and the results are analysed using precision, recall, accuracy and F-measure. The proposed model achieved 95% accuracy on 400th instances, where the existing techniques achieved 93.20% accuracy for the same. The proposed model achieved 95% of accuracy and precision for 60%-40% data, where the existing models achieved 93% for accuracy and precision.
This study proposes a model for predicting contracted power using electric power data collected in real time from convenience stores nationwide. By optimizing the prediction model using machine learning, it will be possible to predict the contracted power required to renew the contract of the existing convenience store. Contracted power is predicted through the XGBoost regression model. For the learning of XGBoost model, the electric power data collected for 16 months through a real-time monitoring system for convenience stores nationwide were used. The hyperparameters of the XGBoost model were tuned using the GridesearchCV, and the main features of the prediction model were identified using the xgb.importance function. In addition, it was also confirmed whether the preprocessing method of missing values and outliers affects the prediction of reduced power. As a result of hyperparameter tuning, an optimal model with improved predictive performance was obtained. It was found that the features of power.2020.09, power.2021.02, area, and operating time had an effect on the prediction of contracted power. As a result of the analysis, it was found that the preprocessing policy of missing values and outliers did not affect the prediction result. The proposed XGBoost regression model showed high predictive performance for contract power. Even if the preprocessing method for missing values and outliers was changed, there was no significant difference in the prediction results through hyperparameters tuning.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.641-649
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2021
Fuel oil consumption (FOC) must be minimized to determine the economic route of a ship; hence, the ship power must be predicted prior to route planning. For this purpose, a numerical method using test results of a model has been widely used. However, predicting ship power using this method is challenging owing to the uncertainty of the model test. An onboard test should be conducted to solve this problem; however, it requires considerable resources and time. Therefore, in this study, a deep feed-forward neural network (DFN) is used to predict ship power using deep learning methods that involve data pattern recognition. To use data in the DFN, the input data and a label (output of prediction) should be configured. In this study, the input data are configured using ocean environmental data (wave height, wave period, wave direction, wind speed, wind direction, and sea surface temperature) and the ship's operational data (draft, speed, and heading). The ship power is selected as the label. In addition, various treatments have been used to improve the prediction accuracy. First, ocean environmental data related to wind and waves are preprocessed using values relative to the ship's velocity. Second, the structure of the DFN is changed based on the characteristics of the input data. Third, the prediction accuracy is analyzed using a combination comprising five hyperparameters (number of hidden layers, number of hidden nodes, learning rate, dropout, and gradient optimizer). Finally, k-means clustering is performed to analyze the effect of the sea state and ship operational status by categorizing it into several models. The performances of various prediction models are compared and analyzed using the DFN in this study.
최근 비음수행렬분해 기법을 이용한 잔향 제거 연구가 활발히 이루어지고 있다. 비음수행렬분해 기법은 최적화를 위해 쿨백라이블러 발산 기반의 비용함수를 사용하며, 시간 연속성, 펄스 길이, 잔향과 표적 간 에너지 비율 등 제약사항들이 추가된다. 그리고 초매개변수를 이용하여 제약사항이 적용되는 경향을 조절한다. 따라서 효율적인 잔향 제거를 위해서는 초매개변수를 최적화해야 하지만 현재까지는 관련된 연구가 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 실제 해상실험 데이터를 이용하여 비음수행렬분해 기반 잔향 제거 기법의 세 가지 초매개변수에 따른 잔향 제거 성능을 분석하였다. 분석결과, 시간 연속성과 펄스 길이에 대한 초매개변수는 값이 높을 경우 잔향과 표적 간의 에너지 비율은 0.4 이하에서 우수한 성능을 보였으나, 변화하는 송수신 환경에 따라서 성능의 변동성이 있음을 확인하였다. 본 논문의 분석 결과가 향후 비음수행렬분해 기반 연속파 잔향 제거 기법의 초매개변수를 최적화하기 위한 정밀한 실험을 계획하는 것에 유용한 지침표가 될 수 있을 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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