这项研究的目的是介绍基于ANN的软件，以在健壮和集成设计的背景下快速评估转型。它基于由在散布网络应用程序中运行的人工神经网络的集合制成的替代模型。与当前模型相比，替代模型的使用已加强了三个数量级的计算。ARRID提供快速的性能信息，包括制造偏差的效果。因此，它可以帮助设计师在设计过程的早期做出最佳的设计选择。设计师可以在几秒钟内操纵设计参数和操作条件以获取性能信息。

海浪可再生能源快速成为近几十年来可再生能源行业的关键部分。通过在该过程中开发波能转换器作为主转换器技术，研究了它们的电力起飞（PTO）系统。调整PTO参数是一个具有挑战性的优化问题，因为这些参数与吸收功率输出之间存在复杂和非线性关系。在这方面，本研究旨在优化在澳大利亚海岸的珀斯的波路场景中的点吸收波能量转换器的PTO系统参数。转换器在数量上设计成振荡，以防止不规则，并且执行PTO设置的多维波和灵敏度分析。然后，要找到导致最高功率输出的最佳PTO系统参数，并入了十种优化算法，以解决非线性问题，包括Nelder-Mead搜索方法，主动集方法，顺序二次编程方法（SQP），多节透视优化器（MVO）和六种改进的遗传，代理和Fminsearch算法组合。在可行性景观分析之后，执行优化结果并在PTO系统设置方面提供最佳答案。最后，调查表明，遗传，替代和FMINSEARCH算法的修改组合可以优于所研究的波场景中的其他组合，以及PTO系统变量之间的相互作用。

Bayesian Optimization（BO）是全球优化的黑匣子客观功能的方法，这是昂贵的评估。 Bo Powered实验设计在材料科学，化学，实验物理，药物开发等方面发现了广泛的应用。这项工作旨在提请注意应用BO在设计实验中的益处，并提供博手册，涵盖方法和软件，为了方便任何想要申请或学习博的人。特别是，我们简要解释了BO技术，审查BO中的所有应用程序在添加剂制造中，比较和举例说明不同开放BO库的功能，解锁BO的新潜在应用，以外的数据（例如，优先输出）。本文针对读者，了解贝叶斯方法的一些理解，但不一定符合添加剂制造的知识;软件性能概述和实施说明是任何实验设计从业者的乐器。此外，我们在添加剂制造领域的审查突出了博的目前的知识和技术趋势。本文在线拥有补充材料。

This paper demonstrates how Automated Machine Learning (AutoML) methods can be used as effective surrogate models in engineering design problems. To do so, we consider the challenging problem of structurally-performant bicycle frame design and demonstrate across-the-board dominance by AutoML in regression and classification surrogate modeling tasks. We also introduce FRAMED -- a parametric dataset of 4500 bicycle frames based on bicycles designed by practitioners and enthusiasts worldwide. Accompanying these frame designs, we provide ten structural performance values such as weight, displacements under load, and safety factors computed using finite element simulations for all the bicycle frame designs. We formulate two challenging test problems: a performance-prediction regression problem and a feasibility-prediction classification problem. We then systematically search for optimal surrogate models using Bayesian hyperparameter tuning and neural architecture search. Finally, we show how a state-of-the-art AutoML method can be effective for both regression and classification problems. We demonstrate that the proposed AutoML models outperform the strongest gradient boosting and neural network surrogates identified through Bayesian optimization by an improved F1 score of 24\% for classification and reduced mean absolute error by 12.5\% for regression. Our work introduces a dataset for bicycle design practitioners, provides two benchmark problems for surrogate modeling researchers, and demonstrates the advantages of AutoML in machine learning tasks. The dataset and code are provided at \url{http://decode.mit.edu/projects/framed/}.

在本文中，使用计算流体动力学研究了具有次级通道和肋骨的微通道设计，并与多目标优化算法耦合，以确定并提出基于观察到的热阻力和泵送功率的最佳溶液。提出了一种结合拉丁超立方体采样，基于机器学习的替代建模和多目标优化的工作流程。在寻找最佳替代物期间，考虑了随机森林，梯度增强算法和神经网络。我们证明了调整的神经网络可以做出准确的预测，并用于创建可接受的替代模型。与常规优化方法相比，优化解决方案在总体性能上显示出可忽略的差异。此外，解决方案是在原始时间的五分之一中计算的。在与对流微通道设计相同的压力极限下，生成的设计达到的温度低于10％以上。当受到温度的限制时，压降降低了25％以上。最后，通过采用Shapley添加说明技术研究了每个设计变量对热电阻和泵送功率的影响。总体而言，我们已经证明了所提出的框架具有优点，可以用作微通道散热器设计优化的可行方法。

我们提出并展示了一种基于物理引导的机器学习的城市排水系统液压系统快速准确的替代建模的新方法。替代物是根据流体动力（HIFI）模型的一组有限的仿真结果训练的。与HIFI模型相比，我们的方法将模拟时间减少了一到两个数量级。因此，它比例如概念性水文模型，但它可以模拟排水网络的所有节点和链接中的水位，流和附加费，因此很大程度上保留了HIFI模型提供的细节水平。比较由替代物和HIFI模型模拟的时间序列，达到了0.9顺序的R2值。替代培训时间目前为一小时。但是，可以通过应用转移学习和图形神经网络来减少它们。我们的替代方法对于城市排水系统的初始设计阶段以及实时应用的互动讲习班将很有用。此外，我们的模型公式是通用的，未来的研究应调查其在模拟其他供水系统中的应用。

An enhanced geothermal system is essential to provide sustainable and long-term geothermal energy supplies and reduce carbon emissions. Optimal well-control scheme for effective heat extraction and improved heat sweep efficiency plays a significant role in geothermal development. However, the optimization performance of most existing optimization algorithms deteriorates as dimension increases. To solve this issue, a novel surrogate-assisted level-based learning evolutionary search algorithm (SLLES) is proposed for heat extraction optimization of enhanced geothermal system. SLLES consists of classifier-assisted level-based learning pre-screen part and local evolutionary search part. The cooperation of the two parts has realized the balance between the exploration and exploitation during the optimization process. After iteratively sampling from the design space, the robustness and effectiveness of the algorithm are proven to be improved significantly. To the best of our knowledge, the proposed algorithm holds state-of-the-art simulation-involved optimization framework. Comparative experiments have been conducted on benchmark functions, a two-dimensional fractured reservoir and a three-dimensional enhanced geothermal system. The proposed algorithm outperforms other five state-of-the-art surrogate-assisted algorithms on all selected benchmark functions. The results on the two heat extraction cases also demonstrate that SLLES can achieve superior optimization performance compared with traditional evolutionary algorithm and other surrogate-assisted algorithms. This work lays a solid basis for efficient geothermal extraction of enhanced geothermal system and sheds light on the model management strategies of data-driven optimization in the areas of energy exploitation.

在本文中，我们对数值模拟的加速感兴趣。我们专注于高超音速行星再入问题，该问题涉及耦合流体动力学和化学反应。模拟化学反应需要大部分计算时间，但另一方面，无法避免获得准确的预测。我们面临成本效率和准确性之间的权衡：模拟代码必须足够有效地在操作环境中使用，但必须足够准确，以忠实地预测现象。为了解决这个权衡，我们设计了一个混合模拟代码，将传统的流体动态求解器与近似化学反应的神经网络耦合。当在大数据上下文中应用以及它们源于其矩阵矢量结构的效率时，我们依靠它们的力量来实现重要的加速因子（$ \ tims 10 $至$ \ times 18.6 $）。本文旨在解释我们如何在实践中设计这种具有成本效益的混合模拟代码。最重要的是，我们描述了确保准确性保证的方法论，使我们能够超越传统的替代建模，并将这些代码用作参考。

我们展示了一个端到端框架，以提高人造系统对不可预见的事件的弹性。该框架基于基于物理的数字双胞胎模型和三个负责实时故障诊断，预后和重新配置的模块。故障诊断模块使用基于模型的诊断算法来检测和分离断层，并在系统中产生干预措施，以消除不确定的诊断解决方案。我们通过使用基于物理学的数字双胞胎的平行化和替代模型来扩展故障诊断算法为所需的实时性能。预后模块跟踪故障进度，并训练在线退化模型，以计算系统组件的剩余使用寿命。此外，我们使用降解模型来评估断层进程对操作要求的影响。重新配置模块使用基于PDDL的计划，并带有语义附件来调整系统控件，从而最大程度地减少了对系统操作的故障影响。我们定义一个弹性度量，并以燃料系统模型的示例来说明该指标如何通过我们的框架改进。

在自动水下车辆（AUV）的设计过程中，压力容器具有关键作用。压力容器中包含干电子，电源和其他无法淹没的传感器。压力容器设计的传统设计方法涉及基于多个有限元分析（FEA）模拟并优化设计以找到满足需求的最佳设计。对于任何优化过程，运行这些夫妇在计算上都是非常昂贵的，而且很难进行数百个评估。在这种情况下，更好的方法是替代设计，目的是用一些基于学习的回归剂代替基于FEA的预测。一旦对一类问题进行了替代训练，就可以使用学习的响应表面来分析应力效应，而无需为该类别的问题运行FEA。为一类问题创建替代的挑战是数据生成。由于该过程的计算成本高昂，因此不可能密集采样设计空间，并且稀疏数据集上的学习响应表面变得困难。在实验过程中，我们观察到，基于深度学习的替代物在此类稀疏数据上优于其他回归模型。在目前的工作中，我们正在利用基于深度学习的模型来替换昂贵的有限元分析模拟过程。通过创建代理，我们可以比直接有限元分析更快地提高其他设计的预测。我们还将基于DL的替代物与基于其他经典机器学习（ML）回归模型（随机森林和梯度增强回归器）进行了比较。我们在稀疏数据上观察到，基于DL的替代物的性能要比其他回归模型好得多。

自动化机器学习（AUTOML）比以往任何时候都多，以支持用户确定有效的超参数，神经体系结构，甚至是完整的机器学习管道。但是，由于缺乏透明度，用户倾向于不信任优化过程及其结果，因此手动调整仍然广泛。我们介绍了DeepCave，这是一个交互式框架，可轻松和临时分析和监视最新的优化程序。通过旨在实现完全且可访问的透明度，DeepCave在用户和Automl之间建立了桥梁，并有助于建立信任。我们的框架模块化且易于扩展的自然可以为用户提供自动生成的文本，表和图形可视化。我们显示了DeepCave在示例性检测的示例用例中的价值，在该示例性用途中，我们的框架使您易于识别问题，比较多个运行并解释优化过程。该软件包可在github https://github.com/automl/deepcave上免费获得。

小型模块化反应堆的概念改变了解决未来能源危机的前景。考虑到其较低的投资要求，模块化，设计简单性和增强的安全功能，这种新的反应堆技术非常有希望。人工智能驱动的多尺度建模（中子，热液压，燃料性能等）在小型模块化反应堆的研究中纳入了数字双胞胎和相关的不确定性。在这项工作中，进行了一项关于耐亡燃料的多尺度建模的全面研究。探索了这些燃料在轻水的小型模块化反应堆中的应用。本章还重点介绍了机器学习和人工智能在设计优化，控制和监视小型模块反应器中的应用。最后，简要评估了有关人工智能在高燃烧复合事故耐受燃料的发展中的研究差距。还讨论了实现这些差距的必要行动。

在整个计算科学中，越来越需要利用原始计算马力的持续改进，通过对蛮力的尺度锻炼的尺度增加，以增加网状元素数量的增加。例如，如果不考虑分子水平的相互作用，就不可能对纳米多孔介质的转运进行定量预测，即从紧密的页岩地层提取至关重要的碳氢化合物。同样，惯性限制融合模拟依赖于数值扩散来模拟分子效应，例如非本地转运和混合，而无需真正考虑分子相互作用。考虑到这两个不同的应用程序，我们开发了一种新颖的功能，该功能使用主动学习方法来优化局部细尺度模拟的使用来告知粗尺度流体动力学。我们的方法解决了三个挑战：预测连续性粗尺度轨迹，以推测执行新的精细分子动力学计算，动态地更新细度计算中的粗尺度，并量化神经网络模型中的不确定性。

天然气管道中的泄漏检测是石油和天然气行业的一个重要且持续的问题。这尤其重要，因为管道是运输天然气的最常见方法。这项研究旨在研究数据驱动的智能模型使用基本操作参数检测天然气管道的小泄漏的能力，然后使用现有的性能指标比较智能模型。该项目应用观察者设计技术，使用回归分类层次模型来检测天然气管道中的泄漏，其中智能模型充当回归器，并且修改后的逻辑回归模型充当分类器。该项目使用四个星期的管道数据流研究了五个智能模型（梯度提升，决策树，随机森林，支持向量机和人工神经网络）。结果表明，虽然支持向量机和人工神经网络比其他网络更好，但由于其内部复杂性和所使用的数据量，它们并未提供最佳的泄漏检测结果。随机森林和决策树模型是最敏感的，因为它们可以在大约2小时内检测到标称流量的0.1％的泄漏。所有智能模型在测试阶段中具有高可靠性，错误警报率为零。将所有智能模型泄漏检测的平均时间与文献中的实时短暂模型进行了比较。结果表明，智能模型在泄漏检测问题中的表现相对较好。该结果表明，可以与实时瞬态模型一起使用智能模型，以显着改善泄漏检测结果。

我们提出了一种基于数据驱动的优化的预补偿方法，以通过修改参考轨迹而不修改任何内置的低级控制器来改善精度运动阶段的轮廓跟踪性能。精确运动阶段的位置是通过数据驱动模型预测的，线性低保真模型用于通过更改路径速度和加速度轮廓来优化遍历时间，然后使用非线性高效率模型来完善该模型先前找到了时间最佳解决方案。我们通过实验证明，所提出的方法能够同时提高高精度运动阶段的生产率和准确性。鉴于模型的基于数据的性质，提出的方法很容易适应广泛的精确运动系统。

科学机器学习（SCIML）是对几个不同应用领域的兴趣越来越多的领域。在优化上下文中，基于SCIML的工具使得能够开发更有效的优化方法。但是，必须谨慎评估和执行实施优化的SCIML工具。这项工作提出了稳健性测试的推论，该测试通过表明其结果尊重通用近似值定理，从而确保了基于多物理的基于SCIML的优化的鲁棒性。该测试应用于一种新方法的框架，该方法在一系列基准测试中进行了评估，以说明其一致性。此外，将提出的方法论结果与可行优化的可行区域进行了比较，这需要更高的计算工作。因此，这项工作为保证在多目标优化中应用SCIML工具的稳健性测试提供了比存在的替代方案要低的计算努力。

本文为工程产品的计算模型或仅返回分类信息的过程提供了一种新的高效和健壮方法，用于罕见事件概率估计，例如成功或失败。对于此类模型，大多数用于估计故障概率的方法，这些方法使用结果的数值来计算梯度或估计与故障表面的接近度。即使性能函数不仅提供了二进制输出，系统的状态也可能是连续输入变量域中定义的不平滑函数，甚至是不连续的函数。在这些情况下，基于经典的梯度方法通常会失败。我们提出了一种简单而有效的算法，该算法可以从随机变量的输入域进行顺序自适应选择点，以扩展和完善简单的基于距离的替代模型。可以在连续采样的任何阶段完成两个不同的任务：（i）估计失败概率，以及（ii）如果需要进一步改进，则选择最佳的候选者进行后续模型评估。选择用于模型评估的下一个点的建议标准最大化了使用候选者分类的预期概率。因此，全球探索与本地剥削之间的完美平衡是自动维持的。该方法可以估计多种故障类型的概率。此外，当可以使用模型评估的数值来构建平滑的替代物时，该算法可以容纳此信息以提高估计概率的准确性。最后，我们定义了一种新的简单但一般的几何测量，这些测量是对稀有事实概率对单个变量的全局敏感性的定义，该度量是作为所提出算法的副产品获得的。

飞机行业不断努力在人类的努力，计算时间和资源消耗方面寻求更有效的设计优化方法。当替代模型和最终过渡到HF模型的开关机制均被正确校准时，混合替代物优化保持了高效果，同时提供快速的设计评估。前馈神经网络（FNN）可以捕获高度非线性输入输出映射，从而为飞机绩效因素提供有效的替代物。但是，FNN通常无法概括分布（OOD）样本，这阻碍了它们在关键飞机设计优化中的采用。通过Smood，我们基于平滑度的分布检测方法，我们建议用优化的FNN替代物来编码一个依赖模型的OOD指标，以产生具有选择性但可信度的预测的值得信赖的替代模型。与常规的不确定性接地方法不同，Smood利用了HF模拟的固有平滑性特性，可以通过揭示其可疑敏感性有效地暴露OOD，从而避免对OOD样品的过度自信不确定性估计。通过使用SMOOD，仅将高风险的OOD输入转发到HF模型以进行重新评估，从而以低开销成本获得更准确的结果。研究了三个飞机性能模型。结果表明，基于FNN的代理在预测性能方面优于其高斯过程。此外，在所有研究案例中，Smood的确覆盖了85％的实际OOD。当Smood Plus FNN替代物被部署在混合替代优化设置中时，它们的错误率分别降低了34.65％和计算速度的降低率分别为58.36次。

基准和性能分析在理解迭代优化启发式（IOHS）的行为中发挥着重要作用，例如本地搜索算法，遗传和进化算法，贝叶斯优化算法等。然而，这项任务涉及手动设置，执行和分析实验单独的基础，这是艰苦的，可以通过通用和设计精心设计的平台来缓解。为此，我们提出了Iohanalyzer，一种用于分析，比较和可视化IOH的性能数据的新用户友好的工具。在R和C ++中实现，Iohanalyzer是完全开源的。它可以在Cran和GitHub上获得。 Iohanalyzer提供有关固定目标运行时间的详细统计信息以及具有实际值的Codomain，单目标优化任务的基准算法的固定预算性能。例如，在多个基准问题上的性能聚合是可能的，例如以经验累积分布函数的形式。 Iohanalyzer在其他性能分析包上的主要优点是其高度交互式设计，允许用户指定对其实验最有用的性能测量，范围和粒度，以及不仅分析性能迹线，还可以分析演变动态状态参数。 Iohanalyzer可以直接从主基准平台处理性能数据，包括Coco平台，JOVERRAD，SOS平台和iohExperenter。提供R编程接口，供用户更倾向于对实现的功能进行更精细的控制。

通过有限元（FE）模型对工程需求参数（EDP）的计算昂贵估计，同时考虑地震和参数不确定性限制了基于性能的地震工程框架的使用。已经尝试用替代模型代替FE模型，但是，这些模型中的大多数仅是构建参数的函数。这需要重新训练替代物以前未见地震。在本文中，作者提出了一个基于机器学习的替代模型框架，该框架考虑了这两种不确定性，以预测看不见的地震。因此，地震的特征在于使用代表性地面运动套件的SVD计算的正顺序基础。这使人们能够通过随机采样这些权重并将其乘以基础来产生大量的地震。权重以及本构参数作为用EDP作为所需输出的机器学习模型的输入。测试了四个竞争机器学习模型，并观察到一个深神经网络（DNN）给出了最准确的预测。该框架通过使用它成功预测了使用棒模型代表的一层楼和三层建筑的峰值响应来验证该框架，并受到看不见的远场地面运动。