In abnormal states of nuclear power plants (NPPs), operators undertake mitigation actions to restore a normal state and prevent reactor trips. However, in abnormal states, the NPP condition fluctuates rapidly, which can lead to human error. If human error occurs, the condition of an NPP can deteriorate, leading to reactor trips. Sudden shutdowns, such as reactor trips, can result in the failure of numerous NPP facilities and economic losses. This study develops a remaining trip time (RTT) prediction system as part of an operator support system to reduce possible human errors and improve the safety of NPPs. The RTT prediction system consists of an algorithm that utilizes artificial intelligence (AI) and explainable AI (XAI) methods, such as autoencoders, light gradient-boosting machines, and Shapley additive explanations. AI methods provide diagnostic information about the abnormal states that occur and predict the remaining time until a reactor trip occurs. The XAI method improves the reliability of AI by providing a rationale for RTT prediction results and information on the main variables of the status of NPPs. The RTT prediction system includes an interface that can effectively provide the results of the system.
As the Internet developed, various and complex cyber attacks began to emerge. Various detection systems were used outside the network to defend against attacks, but systems and studies to detect attackers inside were remarkably rare, causing great problems because they could not detect attackers inside. To solve this problem, studies on the lateral movement detection system that tracks and detects the attacker's movements have begun to emerge. Especially, the method of using the Remote Desktop Protocol (RDP) is simple but shows very good results. Nevertheless, previous studies did not consider the effects and relationships of each logon host itself, and the features presented also provided very low results in some models. There was also a problem that the model could not explain why it predicts that way, which resulted in reliability and robustness problems of the model. To address this problem, this study proposes an interpretable RDP-based lateral movement detection system using page rank algorithm and SHAP(Shapley Additive Explanations). Using page rank algorithms and various statistical techniques, we create features that can be used in various models and we provide explanations for model prediction using SHAP. In this study, we generated features that show higher performance in most models than previous studies and explained them using SHAP.
Soryeon Park;Sanghun Son;Jaegu Bae;Doi Lee;Dongju Seo;Jinsoo Kim
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.5_1
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pp.655-667
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2023
Algal bloom outbreaks are frequently reported around the world, and serious water pollution problems arise every year in Korea. It is necessary to protect the aquatic ecosystem through continuous management and rapid response. Many studies using satellite images are being conducted to estimate the concentration of chlorophyll-a (Chl-a), an indicator of algal bloom occurrence. However, machine learning models have recently been used because it is difficult to accurately calculate Chl-a due to the spectral characteristics and atmospheric correction errors that change depending on the water system. It is necessary to consider the factors affecting algal bloom as well as the satellite spectral index. Therefore, this study constructed a dataset by considering water quality, hydrological and meteorological factors, and sentinel-2 images in combination. Representative ensemble models random forest and extreme gradient boosting (XGBoost) were used to predict the concentration of Chl-a in eight weirs located on the Nakdong river over the past five years. R-squared score (R2), root mean square errors (RMSE), and mean absolute errors (MAE) were used as model evaluation indicators, and it was confirmed that R2 of XGBoost was 0.80, RMSE was 6.612, and MAE was 4.457. Shapley additive expansion analysis showed that water quality factors, suspended solids, biochemical oxygen demand, dissolved oxygen, and the band ratio using red edge bands were of high importance in both models. Various input data were confirmed to help improve model performance, and it seems that it can be applied to domestic and international algal bloom detection.
Bitcoin is a blockchain technology-based digital currency that has been recognized as a representative cryptocurrency and a financial investment asset. Due to its highly volatile nature, Bitcoin has gained a lot of attention from investors and the public. Based on this popularity, numerous studies have been conducted on price and trend prediction using machine learning and deep learning. This study employed LSTM (Long Short Term Memory) and CNN (Convolutional Neural Networks), which have shown potential for predictive performance in the finance domain, to enhance the classification accuracy in Bitcoin price trend prediction. XAI(eXplainable Artificial Intelligence) techniques were applied to the predictive model to enhance its explainability and interpretability by providing a comprehensive explanation of the model. In the empirical experiment, CNN was applied to technical indicators and Google trend data to build a Bitcoin price trend prediction model, and the CNN model using both technical indicators and Google trend data clearly outperformed the other models using neural networks, SVM, and LSTM. Then SHAP(Shapley Additive exPlanations) was applied to the predictive model to obtain explanations about the output values. Important prediction drivers in input variables were extracted through global interpretation, and the interpretation of the predictive model's decision process for each instance was suggested through local interpretation. The results show that our proposed research framework demonstrates both improved classification accuracy and explainability by using CNN, Google trend data, and SHAP.
Rotsnarani Sethy;Soumya Ranjan Mahanta;Mrutyunjaya Panda
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.24
no.9
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pp.30-40
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2024
Building an accurate 3-D spatial road network model has become an active area of research now-a-days that profess to be a new paradigm in developing Smart roads and intelligent transportation system (ITS) which will help the public and private road impresario for better road mobility and eco-routing so that better road traffic, less carbon emission and road safety may be ensured. Dealing with such a large scale 3-D road network data poses challenges in getting accurate elevation information of a road network to better estimate the CO2 emission and accurate routing for the vehicles in Internet of Vehicle (IoV) scenario. Clustering and regression techniques are found suitable in discovering the missing elevation information in 3-D spatial road network dataset for some points in the road network which is envisaged of helping the public a better eco-routing experience. Further, recently Explainable Artificial Intelligence (xAI) draws attention of the researchers to better interprete, transparent and comprehensible, thus enabling to design efficient choice based models choices depending upon users requirements. The 3-D road network dataset, comprising of spatial attributes (longitude, latitude, altitude) of North Jutland, Denmark, collected from publicly available UCI repositories is preprocessed through feature engineering and scaling to ensure optimal accuracy for clustering and regression tasks. K-Means clustering and regression using Support Vector Machine (SVM) with radial basis function (RBF) kernel are employed for 3-D road network analysis. Silhouette scores and number of clusters are chosen for measuring cluster quality whereas error metric such as MAE ( Mean Absolute Error) and RMSE (Root Mean Square Error) are considered for evaluating the regression method. To have better interpretability of the Clustering and regression models, SHAP (Shapley Additive Explanations), a powerful xAI technique is employed in this research. From extensive experiments , it is observed that SHAP analysis validated the importance of latitude and altitude in predicting longitude, particularly in the four-cluster setup, providing critical insights into model behavior and feature contributions SHAP analysis validated the importance of latitude and altitude in predicting longitude, particularly in the four-cluster setup, providing critical insights into model behavior and feature contributions with an accuracy of 97.22% and strong performance metrics across all classes having MAE of 0.0346, and MSE of 0.0018. On the other hand, the ten-cluster setup, while faster in SHAP analysis, presented challenges in interpretability due to increased clustering complexity. Hence, K-Means clustering with K=4 and SVM hybrid models demonstrated superior performance and interpretability, highlighting the importance of careful cluster selection to balance model complexity and predictive accuracy.
Jonghee Han;Su Young Yoon;Junepill Seok;Jin Young Lee;Jin Suk Lee;Jin Bong Ye;Younghoon Sul;Se Heon Kim;Hong Rye Kim
Journal of Trauma and Injury
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v.37
no.3
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pp.201-208
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2024
Purpose: The number of elderly patients with trauma is increasing; therefore, precise models are necessary to estimate the mortality risk of elderly patients with trauma for informed clinical decision-making. This study aimed to develop machine learning based predictive models that predict 30-day mortality in severely injured elderly patients with trauma and to compare the predictive performance of various machine learning models. Methods: This study targeted patients aged ≥65 years with an Injury Severity Score of ≥15 who visited the regional trauma center at Chungbuk National University Hospital between 2016 and 2022. Four machine learning models-logistic regression, decision tree, random forest, and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost)-were developed to predict 30-day mortality. The models' performance was compared using metrics such as area under the receiver operating characteristic curve (AUC), accuracy, precision, recall, specificity, F1 score, as well as Shapley Additive Explanations (SHAP) values and learning curves. Results: The performance evaluation of the machine learning models for predicting mortality in severely injured elderly patients with trauma showed AUC values for logistic regression, decision tree, random forest, and XGBoost of 0.938, 0.863, 0.919, and 0.934, respectively. Among the four models, XGBoost demonstrated superior accuracy, precision, recall, specificity, and F1 score of 0.91, 0.72, 0.86, 0.92, and 0.78, respectively. Analysis of important features of XGBoost using SHAP revealed associations such as a high Glasgow Coma Scale negatively impacting mortality probability, while higher counts of transfused red blood cells were positively correlated with mortality probability. The learning curves indicated increased generalization and robustness as training examples increased. Conclusions: We showed that machine learning models, especially XGBoost, can be used to predict 30-day mortality in severely injured elderly patients with trauma. Prognostic tools utilizing these models are helpful for physicians to evaluate the risk of mortality in elderly patients with severe trauma.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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