Nowadays, fiber reinforced polymer (FRP) composites are widely used for rehabilitation, repair and strengthening of reinforced concrete (RC) structures. Also, recent advances in concrete technology have led to the production of high strength concrete, HSC. Such concrete due to its very high compression strength is less ductile; so in seismic areas, ductility is an important factor in design of HSC members (especially FRP strengthened members) under flexure. In this study, the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and multiple regression analysis are used to predict the curvature ductility factor of FRP strengthened reinforced HSC (RHSC) beams. Also, the effects of concrete strength, steel reinforcement ratio and externally reinforcement (FRP) stiffness on the complete moment-curvature behavior and the curvature ductility factor of the FRP strengthened RHSC beams are evaluated using the analytical approach. Results indicate that the predictions of ANFIS and multiple regression models for the curvature ductility factor are accurate to within -0.22% and 1.87% error for practical applications respectively. Finally, the effects of height to wide ratio (h/b) of the cross section on the proposed models are investigated.
In the design of underground excavation, the shear strength (SS) is a key characteristic. It describes the way the rock material resists the shear stress-induced deformations. In general, the measurement of the parameters related to rock shear strength is done through laboratory experiments, which are costly, damaging, and time-consuming. Add to this the difficulty of preparing core samples of acceptable quality, particularly in case of highly weathered and fractured rock. This study applies rock index test to the indirect measurement of the SS parameters of shale. For this aim, two efficient artificial intelligence methods, namely (1) adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) implemented by subtractive clustering method (SCM) and (2) support vector regression (SVR) optimized by Harmony Search (HS) algorithm, are proposed. Note that, it is the first work that predicts the SS parameters of shale through ANFIS-SCM and SVR-HS hybrid models. In modeling processes of ANFIS-SCM and SVR-HS, the results obtained from the rock index tests were set as inputs, while the SS parameters were set as outputs. By reviewing the obtained results, it was found that both ANFIS-SCM and SVR-HS models can provide acceptable predictions for interlocking and friction angle parameters, however, ANFIS-SCM showed a better generalization capability.
Due to the steadily declining supply of natural coarse aggregates, the concrete industry has shifted to substituting coarse aggregates generated from byproducts and industrial waste. Oil palm shell is a substantial waste product created during the production of palm oil (OPS). When considering the usage of OPSC, building engineers must consider its uniaxial compressive strength (UCS). Obtaining UCS is expensive and time-consuming, machine learning may help. This research established five innovative hybrid AI algorithms to predict UCS. Aquila optimizer (AO) is used with methods to discover optimum model parameters. Considered models are artificial neural network (AO - ANN), adaptive neuro-fuzzy inference system (AO - ANFIS), support vector regression (AO - SVR), random forest (AO - RF), and extreme gradient boosting (AO - XGB). To achieve this goal, a dataset of OPS-produced concrete specimens was compiled. The outputs depict that all five developed models have justifiable accuracy in UCS estimation process, showing the remarkable correlation between measured and estimated UCS and models' usefulness. All in all, findings depict that the proposed AO - XGB model performed more suitable than others in predicting UCS of OPSC (with R2, RMSE, MAE, VAF and A15-index at 0.9678, 1.4595, 1.1527, 97.6469, and 0.9077). The proposed model could be utilized in construction engineering to ensure enough mechanical workability of lightweight concrete and permit its safe usage for construction aims.
Castano, Fernando;Haber, Rodolfo E.;Mohammed, Wael M.;Nejman, Miroslaw;Villalonga, Alberto;Lastra, Jose L. Martinez
Smart Structures and Systems
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v.26
no.4
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pp.495-506
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2020
Monitoring of complex processes faces several challenges mainly due to the lack of relevant sensory information or insufficient elaborated decision-making strategies. These challenges motivate researchers to adopt complex data processing and analysis in order to improve the process representation. This paper presents the development and implementation of quality monitoring framework based on a model-driven approach using embedded artificial intelligence strategies. In this work, the strategies are applied to the supervision of a microfabrication process aiming at showing the great performance of the framework in a very complex system in the manufacturing sector. The procedure involves two methods for modelling a representative quality variable, such as surface roughness. Firstly, the hybrid incremental modelling strategy is applied. Secondly, a generalized fuzzy clustering c-means method is developed. Finally, a comparative study of the behavior of the two models for predicting a quality indicator, represented by surface roughness of manufactured components, is presented for specific manufacturing process. The manufactured part used in this study is a critical structural aerospace component. In addition, the validation and testing are performed at laboratory and industrial levels, demonstrating proper real-time operation for non-linear processes with relatively fast dynamics. The results of this study are very promising in terms of computational efficiency and transfer of knowledge to manufacturing industry.
The application of fibers in concrete obviously enhances the properties of concrete, also the application of natural fibers in concrete is raising due to the availability, low cost and environmentally friendly. Besides, predicting the mechanical properties of concrete in general and shear strength in particular is highly significant in concrete mixture with fiber nanocomposite reinforced concrete (FRC) in construction projects. Despite numerous studies in shear strength, determining this strength still needs more investigations. In this research, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) have been employed to determine the strength of reinforced concrete with fiber. 180 empirical data were gathered from reliable literature to develop the methods. Models were developed, validated and their statistical results were compared through the root mean squared error (RMSE), determination coefficient (R2), mean absolute error (MAE) and Pearson correlation coefficient (r). Comparing the RMSE of PSO (0.8859) and ANFIS (0.6047) have emphasized the significant role of structural parameters on the shear strength of concrete, also effective depth, web width, and a clear depth rate are essential parameters in modeling the shear capacity of FRC. Considering the accuracy of our models in determining the shear strength of FRC, the outcomes have shown that the R2 values of PSO (0.7487) was better than ANFIS (2.4048). Thus, in this research, PSO has demonstrated better performance than ANFIS in predicting the shear strength of FRC in case of accuracy and the least error ratio. Thus, PSO could be applied as a proper tool to maximum accuracy predict the shear strength of FRC.
In terms of business, forecasting is a work of what is expected to happen in the future to make managerial decisions and plans. Therefore, the accurate forecasting is very important for major managerial decision making and is the basis for making various strategies of business. But it is very difficult to make an unbiased and consistent estimate because of uncertainty and complexity in the future business environment. That is why we should use scientific forecasting model to support business decision making, and make an effort to minimize the model's forecasting error which is difference between observation and estimator. Nevertheless, minimizing the error is not an easy task. Case-based reasoning is a problem solving method that utilizes the past similar case to solve the current problem. To build the successful case-based reasoning models, retrieving the case not only the most similar case but also the most relevant case is very important. To retrieve the similar and relevant case from past cases, the measurement of similarities between cases is an important key factor. Especially, if the cases contain symbolic data, it is more difficult to measure the distances. The purpose of this study is to improve the forecasting accuracy of case-based reasoning approach using fuzzy relation and composition. Especially, two methods are adopted to measure the similarity between cases containing symbolic data. One is to deduct the similarity matrix following binary logic(the judgment of sameness between two symbolic data), the other is to deduct the similarity matrix following fuzzy relation and composition. This study is conducted in the following order; data gathering and preprocessing, model building and analysis, validation analysis, conclusion. First, in the progress of data gathering and preprocessing we collect data set including categorical dependent variables. Also, the data set gathered is cross-section data and independent variables of the data set include several qualitative variables expressed symbolic data. The research data consists of many financial ratios and the corresponding bond ratings of Korean companies. The ratings we employ in this study cover all bonds rated by one of the bond rating agencies in Korea. Our total sample includes 1,816 companies whose commercial papers have been rated in the period 1997~2000. Credit grades are defined as outputs and classified into 5 rating categories(A1, A2, A3, B, C) according to credit levels. Second, in the progress of model building and analysis we deduct the similarity matrix following binary logic and fuzzy composition to measure the similarity between cases containing symbolic data. In this process, the used types of fuzzy composition are max-min, max-product, max-average. And then, the analysis is carried out by case-based reasoning approach with the deducted similarity matrix. Third, in the progress of validation analysis we verify the validation of model through McNemar test based on hit ratio. Finally, we draw a conclusion from the study. As a result, the similarity measuring method using fuzzy relation and composition shows good forecasting performance compared to the similarity measuring method using binary logic for similarity measurement between two symbolic data. But the results of the analysis are not statistically significant in forecasting performance among the types of fuzzy composition. The contributions of this study are as follows. We propose another methodology that fuzzy relation and fuzzy composition could be applied for the similarity measurement between two symbolic data. That is the most important factor to build case-based reasoning model.
In collaborative recommendation two models are generally used: the user model and the article model. A user model learns correlation between users preferences and recommends an article based on other users preferences for the article. Similarly, an article model learns correlation between preferences for articles and recommends an article based on the target user's preference for other articles. In this paper, we investigates various combination methods of the user model and the article model for better recommendation performance. They include simple sequential and parallel methods, perceptron, multi-layer perceptron, fuzzy rules, and BKS. We adopt the multi-layer perceptron for training each of the user and article models. The multi-layer perceptron has several advantages over other methods such as the nearest neighbor method and the association rule method. It can learn weights between correlated items and it can handle easily both of symbolic and numeric data. The combined models outperform any of the basic models and our experiments show that the multi-layer perceptron is the most efficient combination method among them.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.24
no.11
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pp.51-59
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2019
Due to the exponential growth of access information on the web, the need for predicting web users' next access has increased. Various models such as markov models, deep neural networks, support vector machines, and fuzzy inference models were proposed to handle web access prediction. For deep learning based on neural network models, training time on large-scale web usage data is very huge. To address this problem, deep neural network models are trained on cluster of computers in parallel. In this paper, we investigated impact of several important spark parameters related to data partitions, shuffling, compression, and locality (basic spark parameters) for training Multi-Layer Perceptron model on Spark standalone cluster. Then based on the investigation, we tuned basic spark parameters for training Multi-Layer Perceptron model and used it for tuning Spark when training Multi-Layer Perceptron model for web access prediction. Through experiments, we showed the accuracy of web access prediction based on our proposed web access prediction model. In addition, we also showed performance improvement in training time based on our spark basic parameters tuning for training Multi-Layer Perceptron model over default spark parameters configuration.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.10
no.2
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pp.94-102
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2000
This paper presents a new FDI scheme based on dynamic fuzzy model(DFM) for the unknown nonlinear
system, which can detect and isolate process faults continuously over all ranges of operating condition. The
dynamic behavior of a nonlinear process is represented by a set of local linear models. The parameters of the
DFM are identified by an on-line methods. The residual vector of the FDI system is consisted of the parameter
deviations from nominal model and the set of grade of membership values indicating the operating condition
of the nonlinear process. The detection and isolation of faults are performed via a neural network classifier
that are learned the relationship between the residual vector and fault type. We apply the proposed FDI scheme
to the FDI system design for a two-tank system and show the usefulness of the proposed scheme.
This study investigates the prediction of daily water supply, which is a necessary for the efficient management of water distribution system. ANFIS, namely artificial intelligence, is a neural network into which fuzzy information is inputted and then processed. In this study, daily water supply was predicted through an application of network-based fuzzy inference system(ANFIS) for daily water supply prediction. This study was investigated methods for predicting water supply based on data about the amount of water which supplied in Kwangju city. For variables choice, four analyses of input data were conducted: correlation analysis, autocorrelation analysis, partial autocorrelation analysis, and cross-correlation analysis. Input variables were (a) the amount of water supply, (b) the mean temperature, and (c) the population of the area supplied with water. Variables were combined in an integrated model. Data of the amount of daily water supply only was modelled and its validity was verified in the case that the meteorological office of weather forecast is not always reliable. Proposed models include accidental cases such as a suspension of water supply. The maximum error rate between the estimation of the model and the actual measurement was 18.46% and the average error was lower than 2.36%. The model is expected to be a real-time estimation of the operational control of water works and water/drain pipes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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