We applied multilayer perceptron (MLP) and radial basis function (RBF) neural network in upstream and downstream water quality stations of the Karaj Reservoir in Iran. For both neural networks, inputs were pH, turbidity, temperature, chlorophyll-a, biochemical oxygen demand (BOD) and nitrate, and the output was dissolved oxygen (DO). We used an MLP neural network with two hidden layers, for upstream station 15 and 33 neurons in the first and second layers respectively, and for the downstream station, 16 and 21 neurons in the first and second hidden layer were used which had minimum amount of errors. For learning process 6-fold cross validation were applied to avoid over fitting. The best results acquired from RBF model, in which the mean bias error (MBE) and root mean squared error (RMSE) were 0.063 and 0.10 for the upstream station. The MBE and RSME were 0.0126 and 0.099 for the downstream station. The coefficient of determination ($R^2$) between the observed data and the predicted data for upstream and downstream stations in the MLP was 0.801 and 0.904, respectively, and in the RBF network were 0.962 and 0.97, respectively. The MLP neural network had acceptable results; however, the results of RBF network were more accurate. A sensitivity analysis for the MLP neural network indicated that temperature was the first parameter, pH the second and nitrate was the last factor affecting the prediction of DO concentrations. The results proved the workability and accuracy of the RBF model in the prediction of the DO.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.2
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pp.416-424
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2017
In this study, we propose a design of digits recognition system based on RBFNNs through a comparative study of pre-processing algorithms in order to recognize digits in handwritten. Histogram of Oriented Gradient(HOG) is used to get the features of digits in the proposed digits recognition system. In the pre-processing part, a dimensional reduction is executed by using Principal Component Analysis(PCA) and (2D)2PCA which are widely adopted methods in order to minimize a loss of the information during the reduction process of feature space. Also, The architecture of radial basis function neural networks consists of three functional modules such as condition, conclusion, and inference part. In the condition part, the input space is partitioned with the use of fuzzy clustering realized by means of the Fuzzy C-Means algorithm. Also, it is used instead of gaussian function to consider the characteristic of input data. In the conclusion part, the connection weights are used as the extended type of polynomial expression such as constant, linear, quadratic and modified quadratic. By using MNIST handwritten digit benchmarking database, experimental results show the effectiveness and efficiency of proposed digit recognition system when compared with other studies.
Rapid and quantitative analysis of physiological change and clavulanic acid production was studied by the combination of pyrolysis mass spectrometry (PyMS) and artificial neural network (ANN) in Streptomyces clavuligerus. Firstly, the continuous culture studies were carried out to get the physiological background and PyMS samples. Clavulanic acid production was inversely related to growth rate: Mycelium growth and $q_{cal}$ were optimum at 0.1 $h^{-1}\; and \;0.025 h^{-1}$ respectively. Changes in specific nutrient uptake rates ($q_{gly}$ and $q_{amn}$) also affected clavulanic acid production since clavulanic acid production appeared to be stimulated by the limitation of carbon and nitrogen. Fermentation broth containing mycelium taken from continuous cultures was analyzed by PyMS, and the PyMS spectra were analyzed with multivariate statistics. PCCV plots revealed that samples harvested under the same culture condition were clustered together but samples from different culture conditions formed separate clusters. To deconvolute the pyrolysis mass spectra so as to obtain quantitative information on the concentration of clavulanic acid, ANN was trained on Py MS data using a radial basis function classifier. The results showed that the physiological stages with different growth rate were successfully differentiated and it was possible to monitor the clavulanic acid production precisely and rapidly.
Drifter is an equipment for observing the characteristics of seawater in the ocean, and it can be used to predict effluent oil diffusion and to observe ocean currents. In this paper, we design models or the prediction of drifter trajectory using machine learning. We propose methods for estimating the trajectory of drifter using support vector regression, radial basis function network, Gaussian process, multilayer perceptron, and recurrent neural network. When the propose mothods were compared with the existing MOHID numerical model, performance was improve on three of the four cases. In particular, LSTM, the best performed method, showed the imporvement by 47.59% Future work will improve the accuracy by weighting using bagging and boosting.
Accurate forecasting enables to effectively prepare for future phenomenon. Especially, meteorological phenomenon is closely related with human life, and it can prevent from damage such as human life and property through forecasting of weather and disaster that can occur. To respond quickly and effectively to oil spill accidents, it is important to accurately predict the movement of oil spills and the weather in the surrounding waters. In this paper, we selected four representative machine learning techniques: support vector machine, Gaussian process, multilayer perceptron, and radial basis function network that have shown good performance and predictability in the previous studies related to oil spill detection and prediction in meteorology such as wind, rainfall and ozone. we suggest the applicability of oil spill prediction model based on machine learning.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.24
no.5
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pp.536-541
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2014
Data through meteorological radar includes ground echo, sea-clutter echo, anomalous propagation echo, clear echo and so on. Each echo is a kind of non-precipitation echoes and the characteristic of individual echoes is analyzed in order to identify with non-precipitation. Meteorological radar data is analyzed through pre-processing procedure because the data is given as big data. In this study, echo pattern classifier is designed to distinguish non-precipitation echoes from precipitation echo in meteorological radar data using RBFNNs and echo judgement module. Output performance is compared and analyzed by using both HCM clustering-based RBFNNs and FCM clustering-based RBFNNs.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.22
no.6
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pp.748-753
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2012
In this paper, Face recognition algorithm is designed based on optimized pRBFNNs pattern classifier using three-dimensional scanner. Generally two-dimensional image-based face recognition system enables us to extract the facial features using gray-level of images. The environmental variation parameters such as natural sunlight, artificial light and face pose lead to the deterioration of the performance of the system. In this paper, the proposed face recognition algorithm is designed by using three-dimensional scanner to overcome the drawback of two-dimensional face recognition system. First face shape is scanned using three-dimensional scanner and then the pose of scanned face is converted to front image through pose compensation process. Secondly, data with face depth is extracted using point signature method. Finally, the recognition performance is confirmed by using the optimized pRBFNNs for solving high-dimensional pattern recognition problems.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.1
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pp.195-201
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2014
In this study, face recognition system was designed based on polynomial Radial Basis Function Neural Networks(pRBFNNs) pattern classifier using 2-directional 2-dimensional principal component analysis algorithm. Existing one dimensional PCA leads to the reduction of dimension of image expressed by the multiplication of rows and columns. However $(2D)^2PCA$(2-Directional 2-Dimensional Principal Components Analysis) is conducted to reduce dimension to each row and column of image. and then the proposed intelligent pattern classifier evaluates performance using reduced images. The proposed pRBFNNs consist of three functional modules such as the condition part, the conclusion part, and the inference part. In the condition part of fuzzy rules, input space is partitioned with the aid of fuzzy c-means clustering. In the conclusion part of rules. the connection weight of RBFNNs is represented as the linear type of polynomial. The essential design parameters (including the number of inputs and fuzzification coefficient) of the networks are optimized by means of Differential Evolution. Using Yale and AT&T dataset widely used in face recognition, the recognition rate is obtained and evaluated. Additionally IC&CI Lab dataset is experimented with for performance evaluation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2B
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pp.111-120
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2009
A local scour around a bridge pier is known as one of important factors of bridge collapse. Two approaches are usually used in estimating a scour depth in practice. One is to use empirical formulas, and the other is to use computational methods. But the use of empirical formulas is limited to predict a scour depth under similar conditions to which the formulas were derived. Computational methods are currently too expensive to be applied to practical engineering problems. This study presented the application of artificial neural networks (ANN) to the prediction of a scour depth around a bridge pier at an equilibrium state. This study also investigated various ANN algorithms for estimating a scour depth, such as Backpropagation Network, Radial Basis Function Network, and Generalized Regression Network. Preliminary study showed that ANN models resulted in very wide range of errors in predicting a scour depth. To solve this problem this study incorporated cluster analysis into ANN. The incorporation of cluster analysis provided better estimations of scour depth up to 42% compared with other approaches.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.26
no.1
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pp.56-63
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2016
In this study, we introduce a design of Fuzzy RBFNNs-based digit recognition system using the incremental-PCA in order to recognize the handwritten digits. The Principal Component Analysis (PCA) is a widely-adopted dimensional reduction algorithm, but it needs high computing overhead for feature extraction in case of using high dimensional images or a large amount of training data. To alleviate such problem, the incremental-PCA is proposed for the computationally efficient processing as well as the incremental learning of high dimensional data in the feature extraction stage. The architecture of Fuzzy Radial Basis Function Neural Networks (RBFNN) consists of three functional modules such as condition, conclusion, and inference part. In the condition part, the input space is partitioned with the use of fuzzy clustering realized by means of the Fuzzy C-Means (FCM) algorithm. Also, it is used instead of gaussian function to consider the characteristic of input data. In the conclusion part, connection weights are used as the extended diverse types in polynomial expression such as constant, linear, quadratic and modified quadratic. Experimental results conducted on the benchmarking MNIST handwritten digit database demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed digit recognition system when compared with other studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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