• 제목/요약/키워드: Surrogate-based optimization

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Evolutionary computational approaches for data-driven modeling of multi-dimensional memory-dependent systems

  • Bolourchi, Ali;Masri, Sami F.
    • Smart Structures and Systems
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    • 제15권3호
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    • pp.897-911
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    • 2015
  • This study presents a novel approach based on advancements in Evolutionary Computation for data-driven modeling of complex multi-dimensional memory-dependent systems. The investigated example is a benchmark coupled three-dimensional system that incorporates 6 Bouc-Wen elements, and is subjected to external excitations at three points. The proposed technique of this research adapts Genetic Programming for discovering the optimum structure of the differential equation of an auxiliary variable associated with every specific degree-of-freedom of this system that integrates the imposed effect of vibrations at all other degrees-of-freedom. After the termination of the first phase of the optimization process, a system of differential equations is formed that represent the multi-dimensional hysteretic system. Then, the parameters of this system of differential equations are optimized in the second phase using Genetic Algorithms to yield accurate response estimates globally, because the separately obtained differential equations are coupled essentially, and their true performance can be assessed only when the entire system of coupled differential equations is solved. The resultant model after the second phase of optimization is a low-order low-complexity surrogate computational model that represents the investigated three-dimensional memory-dependent system. Hence, this research presents a promising data-driven modeling technique for obtaining optimized representative models for multi-dimensional hysteretic systems that yield reasonably accurate results, and can be generalized to many problems, in various fields, ranging from engineering to economics as well as biology.

샘플링 기반 민감도를 이용한 국부 유도 가열용 코일의 최적 설계 (Optimal Design of Local Induction Heating Coils Based on the Sampling-Based Sensitivity)

  • 최낙선;김동욱;김동훈
    • 한국자기학회지
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    • 제23권3호
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    • pp.110-116
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    • 2013
  • 본 논문에서는 전자기 결합 문제에 대한 효율적인 최적 설계를 위하여 샘플링 기반 민감도법을 제시하였다. 전자기 해석과 열/구조 해석 사이의 결합 특성에 무관하게 최적해를 도출하기 위하여 블랙박스 개념에 기초한 설계기법이 적용되었다. 현 설계점을 중심으로 초입방체 국부 영역에서 크리깅 근사모델을 생성하고 근사모델의 기저함수의 미분을 통하여 설계민감도 값을 도출하였다. 제안된 설계기법은 샘플링 기반 설계기법과 민감도 기반 설계기법의 장점만을 취한 혼합형 설계기법으로 열/구조 특성과 강성 결합된 전자기 문제의 최적 설계에도 적용이 가능하다. 제안된 방법은 비선형성이 강한 수학 예제 및 과도상태 해석이 요구되는 국부 유도가열용 코일 설계에 적용하여 그 정확성과 타당성을 검증하였다.

크리깅 근사모델 모델을 이용한 LMTT 이동체의 구조최적설계 (Structural Optimization for LMTT-Mover Using the Kriging Based Approximation Model)

  • 이권희;박형욱;한동섭;한근조
    • 한국항해항만학회:학술대회논문집
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    • 한국항해항만학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.385-390
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    • 2005
  • LMTT(Linear Motor-based Transfer Technology)는 항만 자동화를 위한 수평 이송 시스템이며, 셔틀카(shuttle car)와 격자구조의 레일에 부착된 스테이터 모듈(stator module)로 구성된 PLMSL(Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)에 의해 구동된다. 본 논문에서는 LMTT시스템 부품인 이동체(mover)의 경량화를 위하여 직교배열표 및 크리깅 방법을 이용하여 최적설계를 수행한다. 설계변수로는 가로빔, 세로빔, 휠빔의 두께와 높이 방향의 치수를 결정하는 형상변수를 포함시켰다. 목적함수로는 중량, 제한조건 함수로는 안전율이 고려된 응력으로 설정하였다. 본 연구에서 제시된 방법으로 구한 최적해를 민감도기반 최적설계로 구해진 최적해와 비교, 검토하였다.

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순차적 크리깅 근사모델을 이용한 LMTT 이송체의 구조최적설계 (Structural Optimization for LMTT-Mover Using Sequential Kriging Based Approximation Model)

  • 박형욱;한동섭;이권희;한근조
    • 한국항해항만학회:학술대회논문집
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    • 한국항해항만학회 2005년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.289-295
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    • 2005
  • LMTT(Linear Motor-based Transfer Technology)는 항만 자동화를 위한 수평 이송 시스템이며, 셔틀카(shuttle car)와 격자구조의 레일에 부착된 스테이터 모듈(stator module)로 구성된 PMLSM(Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)에 의해 구동된다. 본 논문에서는 LMTT시스템에서 컨테이너 운반을 담당하는 셔틀카(shuttle car)를 구성하는 부품인 이동체(mover)의 경량화를 위하여 직교배열표 및 크리깅 방법을 이용하여 최적설계를 수행한다. 설계변수로는 가로빔, 세로빔, 휠빔의 두께를 제한조건 함수로는 안전율이 고려된 응력을 넘지 않도록 설정하였다. 목적함수로는 중량을 설정하였다. 본 연구에서 제시된 방법으로 구한 최적해는 크리깅 내삽법(Kriging interpolation)으로 알려진 DACE(Design and Analysis of Computer Experiments) 모델을 엑셀(Excel)로 수식화하고 구했으며, GENESIS를 이용하여 민감도기반 최적설계로 구해진 최적해와 비교 및 검토하였다.

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Investigation of Immune Biomarkers Using Subcutaneous Model of M. tuberculosis Infection in BALB/c Mice: A Preliminary Report

  • Husain, Aliabbas A.;Daginawala, Hatim F.;Warke, Shubangi R.;Kalorey, Devanand R.;Kurkure, Nitin V.;Purohit, Hemant J.;Taori, Girdhar M.;Kashyap, Rajpal S.
    • IMMUNE NETWORK
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    • 제15권2호
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    • pp.83-90
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    • 2015
  • Evaluation and screening of vaccines against tuberculosis depends on development of proper cost effective disease models along with identification of different immune markers that can be used as surrogate endpoints of protection in preclinical and clinical studies. The objective of the present study was therefore evaluation of subcutaneous model of M.tuberculosis infection along with investigation of different immune biomarkers of tuberculosis infection in BALB/c mice. Groups of mice were infected subcutaneously with two different doses : high ($2{\times}10^6CFU$) and low doses ($2{\times}10^2CFU$) of M.tuberculosis and immune markers including humoral and cellular markers were evaluated 30 days post M.tuberculosis infections. Based on results, we found that high dose of subcutaneous infection produced chronic disease with significant (p<0.001) production of immune markers of infection like $IFN{\gamma}$, heat shock antigens (65, 71) and antibody titres against panel of M.tuberculosis antigens (ESAT-6, CFP-10, Ag85B, 45kDa, GroES, Hsp-16) all of which correlated with high bacterial burden in lungs and spleen. To conclude high dose of subcutaneous infection produces chronic TB infection in mice and can be used as convenient alternative to aerosol models in resource limited settings. Moreover assessment of immune markers namely mycobacterial antigens and antibodies can provide us valuable insights on modulation of immune response post infection. However further investigations along with optimization of study protocols are needed to justify the outcome of present study and establish such markers as surrogate endpoints of vaccine protection in preclinical and clinical studies in future.

Verification of Reduced Order Modeling based Uncertainty/Sensitivity Estimator (ROMUSE)

  • Khuwaileh, Bassam;Williams, Brian;Turinsky, Paul;Hartanto, Donny
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제51권4호
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    • pp.968-976
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    • 2019
  • This paper presents a number of verification case studies for a recently developed sensitivity/uncertainty code package. The code package, ROMUSE (Reduced Order Modeling based Uncertainty/Sensitivity Estimator) is an effort to provide an analysis tool to be used in conjunction with reactor core simulators, in particular the Virtual Environment for Reactor Applications (VERA) core simulator. ROMUSE has been written in C++ and is currently capable of performing various types of parameter perturbations and associated sensitivity analysis, uncertainty quantification, surrogate model construction and subspace analysis. The current version 2.0 has the capability to interface with the Design Analysis Kit for Optimization and Terascale Applications (DAKOTA) code, which gives ROMUSE access to the various algorithms implemented within DAKOTA, most importantly model calibration. The verification study is performed via two basic problems and two reactor physics models. The first problem is used to verify the ROMUSE single physics gradient-based range finding algorithm capability using an abstract quadratic model. The second problem is the Brusselator problem, which is a coupled problem representative of multi-physics problems. This problem is used to test the capability of constructing surrogates via ROMUSE-DAKOTA. Finally, light water reactor pin cell and sodium-cooled fast reactor fuel assembly problems are simulated via SCALE 6.1 to test ROMUSE capability for uncertainty quantification and sensitivity analysis purposes.

화학 공정 설계 및 분석을 위한 설명 가능한 인공지능 대안 모델 (Explainable Artificial Intelligence (XAI) Surrogate Models for Chemical Process Design and Analysis)

  • 고유나;나종걸
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제61권4호
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    • pp.542-549
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    • 2023
  • 대안 모델링에 대한 관심이 커진 이후 데이터 기반의 기계학습을 이용하여 비선형 화학 공정을 모사하고자 하는 연구가 지속되고 있다. 그러나 기계 학습 모델의 black box 성질로 인하여 모델의 해석 가능성에 한계는 산업 적용에 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 모델의 정확도가 보장된 상태에서 해석력을 부여하는 개념인 설명 가능한 인공지능(explainable artificial intelligence, XAI)을 이용하여 화학 공정 분석을 시도하고자 한다. 기존의 화학 공정 민감도 분석이 변수의 민감도 지수를 계산하고 순위를 매기는 데에 그쳤다면, XAI를 이용하여 전역적, 국소적 민감도 분석뿐만 아니라 변수들 간의 상호작용에 대하여 분석하여 데이터로부터 물리적 통찰을 얻어내는 방법론을 제안한다. 사례 연구의 대상공정인 암모니아 합성 공정에 대하여 첫번째 반응기로 향하는 흐름에 대한 예열기(preheater)의 온도, 세 반응기로 향하는 cold-shot의 분배 비율을 공정 변수로 설정하였다. Matlab과 Aspen plus를 연동하여 공정 변수를 바꿔가면서 암모니아의 생산량과 세 반응기의 최고 온도에 대한 데이터를 얻었으며, tree 기반의 모델들을 훈련시켰다. 그리고 성능이 좋은 모델에 대하여 XAI 기법 중 하나인 SHAP 기법을 이용하여 민감도 분석을 수행하였다. 전역적 민감도 분석 결과, 예열기의 온도가 가장 큰 영향을 미쳤으며 국소적 민감도 분석 결과에서 생산성 향상 및 과열 방지를 위한 공정 변수들의 범위를 규정할 수 있었다. 이처럼 화학 공정의 대안 모델을 구축하고 설명 가능한 인공지능을 이용해 민감도 분석을 진행하는 방법론을 통해 공정 최적화에 대한 정량적, 정성적 피드백을 제안하는 데 도움을 줄 것이다.

An Efficient Multicast-based Binding Update Scheme for Network Mobility

  • Kim, Moon-Seong;Radha, Hayder;Lee, Jin-Young;Choo, Hyun-Seung
    • KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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    • 제2권1호
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    • pp.23-35
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    • 2008
  • Mobile IP (MIP) is the solution supporting the mobility of Mobile Nodes (MNs), however, it is known to lack the support for NEtwork MObility (NEMO). NEMO manages situations when an entire network, composed of one or more subnets, dynamically changes its point of attachment to the Internet. NEMO Basic Support (NBS) protocol ensures session continuity for all the nodes in a mobile network, however, there exists a serious pinball routing problem. To overcome this weakness, there are many Route Optimization (RO) solutions such as Bi-directional Tunneling (BT) mechanism, Aggregation and Surrogate (A&S) mechanism, Recursive Approach, etc. The A&S RO mechanism is known to outperform the other RO mechanisms, except for the Binding Update (BU) cost. Although Improved Prefix Delegation (IPD) reduces the cost problem of Prefix Delegation (PD), a well-known A&S protocol, the BU cost problem still presents, especially when a large number of Mobile Routers (MRs) and MNs exist in the environment such as train, bus, ship, or aircraft. In this paper, a solution to reduce the cost of delivering the BU messages is proposed using a multicast mechanism instead of unicasting such as the traditional BU of the RO. The performance of the proposed multicast-based BU scheme is examined with an analytical model which shows that the BU cost enhancement is up to 32.9% over IPDbased, hence, it is feasible to predict that the proposed scheme could benefit in other NEMO RO protocols.