许多工业部门都在收集大传感器数据。借助最近用于处理大数据的技术，公司可以利用此功能来自动故障检测和预防。我们提出了第一种完全自动化的故障分析方法，来自具有连续变量的原始观察数据中的机器学习故障树。我们的方法缩放得很好，并在荷兰的国内加热器操作的现实世界中进行了测试，其中有3100万个独特的加热器读数，每个读数包含27个传感器和11个失败变量。我们的方法建立在上一个之前的两个过程中：C4.5决策树学习算法和升降故障树学习算法从布尔数据中。 C4.5预处理每个连续变量：它学习了一个最佳数值阈值，该阈值区分了顶级系统的错误和正常操作。这些阈值可以离散变量，从而使升力能够学习故障树，以建模系统的根部故障机理并可以解释。我们获得了11个故障变量的故障树，并通过两种方式进行评估：具有显着性评分，并且在定性上，与域专家进行定性评估。一些学到的断层树几乎具有最大的显着性（高于0.95），而另一些则具有中低意义（约0.30左右），这反映了从大型，嘈杂，现实世界传感器数据中学习的困难。域专家确认，断层树模型变量之间有意义的关系。

Efficient energy consumption is crucial for achieving sustainable energy goals in the era of climate change and grid modernization. Thus, it is vital to understand how energy is consumed at finer resolutions such as household in order to plan demand-response events or analyze the impacts of weather, electricity prices, electric vehicles, solar, and occupancy schedules on energy consumption. However, availability and access to detailed energy-use data, which would enable detailed studies, has been rare. In this paper, we release a unique, large-scale, synthetic, residential energy-use dataset for the residential sector across the contiguous United States covering millions of households. The data comprise of hourly energy use profiles for synthetic households, disaggregated into Thermostatically Controlled Loads (TCL) and appliance use. The underlying framework is constructed using a bottom-up approach. Diverse open-source surveys and first principles models are used for end-use modeling. Extensive validation of the synthetic dataset has been conducted through comparisons with reported energy-use data. We present a detailed, open, high-resolution, residential energy-use dataset for the United States.

The cyber-physical convergence is opening up new business opportunities for industrial operators. The need for deep integration of the cyber and the physical worlds establishes a rich business agenda towards consolidating new system and network engineering approaches. This revolution would not be possible without the rich and heterogeneous sources of data, as well as the ability of their intelligent exploitation, mainly due to the fact that data will serve as a fundamental resource to promote Industry 4.0. One of the most fruitful research and practice areas emerging from this data-rich, cyber-physical, smart factory environment is the data-driven process monitoring field, which applies machine learning methodologies to enable predictive maintenance applications. In this paper, we examine popular time series forecasting techniques as well as supervised machine learning algorithms in the applied context of Industry 4.0, by transforming and preprocessing the historical industrial dataset of a packing machine's operational state recordings (real data coming from the production line of a manufacturing plant from the food and beverage domain). In our methodology, we use only a single signal concerning the machine's operational status to make our predictions, without considering other operational variables or fault and warning signals, hence its characterization as ``agnostic''. In this respect, the results demonstrate that the adopted methods achieve a quite promising performance on three targeted use cases.

在过去的十年中，数字双胞胎的概念在受欢迎程度上爆发了，但围绕其多个定义，其新颖性作为新技术的新颖性以及其实际适用性仍然存在，尽管进行了许多评论，调查和新闻稿，但其实际适用性仍然存在。探索了数字双胞胎一词的历史，以及其在产品生命周期管理，资产维护和设备车队管理，运营和计划领域的初始背景。还基于七个基本要素提供了一个最小可行的框架来利用数字双胞胎的定义。还概述了采用DT方法的DT应用程序和行业的简短旅行。预测维护领域突出了数字双胞胎框架的应用，并使用基于机器学习和基于物理的建模的扩展。采用机器学习和基于物理的建模的组合形成混合数字双胞胎框架，可以协同减轻隔离使用时每种方法的缺点。还讨论了实践实施数字双胞胎模型的关键挑战。随着数字双技术的快速增长及其成熟，预计将实现实质性增强工具和解决方案的巨大希望，以实现智能设备的智能维护。

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。

检测，预测和减轻交通拥堵是针对改善运输网络的服务水平的目标。随着对更高分辨率的更大数据集的访问，深度学习对这种任务的相关性正在增加。近年来几篇综合调查论文总结了运输领域的深度学习应用。然而，运输网络的系统动态在非拥挤状态和拥塞状态之间变化大大变化 - 从而需要清楚地了解对拥堵预测特异性特异性的挑战。在这项调查中，我们在与检测，预测和缓解拥堵相关的任务中，介绍了深度学习应用的当前状态。重复和非经常性充血是单独讨论的。我们的调查导致我们揭示了当前研究状态的固有挑战和差距。最后，我们向未来的研究方向提出了一些建议，因为所确定的挑战的答案。

即使机器学习算法已经在数据科学中发挥了重要作用，但许多当前方法对输入数据提出了不现实的假设。由于不兼容的数据格式，或数据集中的异质，分层或完全缺少的数据片段，因此很难应用此类方法。作为解决方案，我们提出了一个用于样本表示，模型定义和培训的多功能，统一的框架，称为“ Hmill”。我们深入审查框架构建和扩展的机器学习的多个范围范式。从理论上讲，为HMILL的关键组件的设计合理，我们将通用近似定理的扩展显示到框架中实现的模型所实现的所有功能的集合。本文还包含有关我们实施中技术和绩效改进的详细讨论，该讨论将在MIT许可下发布供下载。该框架的主要资产是其灵活性，它可以通过相同的工具对不同的现实世界数据源进行建模。除了单独观察到每个对象的一组属性的标准设置外，我们解释了如何在框架中实现表示整个对象系统的图表中的消息推断。为了支持我们的主张，我们使用框架解决了网络安全域的三个不同问题。第一种用例涉及来自原始网络观察结果的IoT设备识别。在第二个问题中，我们研究了如何使用以有向图表示的操作系统的快照可以对恶意二进制文件进行分类。最后提供的示例是通过网络中实体之间建模域黑名单扩展的任务。在所有三个问题中，基于建议的框架的解决方案可实现与专业方法相当的性能。

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。

我们建议使用基于规则的技术加速系统级调试的根源程序。我们描述了该过程及其如何提供高质量的调试提示，以减少调试工作。这包括来自许多测试日志的工程功能的启发式方法，以及用于生成强大调试提示的数据分析技术。作为案例研究，我们将这些技术用于电源管理（PM）设计功能软件包C8的根源失败，并显示了它们的有效性。此外，我们提出了一种挖掘引起根源的经验和重用结果，加速未来调试活动并减少对验证专家的依赖的方法。我们认为，这些技术也对不同级别的抽象级别的其他验证活动也有益，对于复杂的硬件，软件和固件系统，包括前硅和后硅。

保证案件旨在为其最高主张的真理提供合理的信心，这通常涉及安全或保障。那么一个自然的问题是，案件提供了“多少”信心？我们认为，置信度不能简化为单个属性或测量。取而代之的是，我们建议它应该基于以三种不同观点的属性为基础：正面，消极和残留疑问。积极的观点考虑了该案件的证据和总体论点结合起来的程度，以表明其主张的信念是正当的。我们为理由设置了一个高标准，要求它是不可行的。对此的主要积极度量是健全性，它将论点解释为逻辑证明。对证据的信心可以概率地表达，我们使用确认措施来确保证据的“权重”跨越了一定的阈值。此外，可以通过使用概率逻辑的参数步骤从证据中汇总概率，以产生我们所谓的索赔概率估值。负面观点记录了对案件的怀疑和挑战，通常表示为叛逆者及其探索和解决。保证开发商必须防止确认偏见，并应在制定案件时大力探索潜在的叛逆者，并应记录下来及其解决方案，以避免返工并帮助审阅者。残留疑问：世界不确定，因此并非所有潜在的叛逆者都可以解决。我们探索风险，可能认为它们是可以接受或不可避免的。但是，至关重要的是，这些判断是有意识的判断，并且在保证案例中记录下来。本报告详细介绍了这些观点，并指示了我们的保证2.0的原型工具集如何协助他们的评估。

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。

A digital twin is defined as a virtual representation of a physical asset enabled through data and simulators for real-time prediction, optimization, monitoring, controlling, and improved decision-making. Unfortunately, the term remains vague and says little about its capability. Recently, the concept of capability level has been introduced to address this issue. Based on its capability, the concept states that a digital twin can be categorized on a scale from zero to five, referred to as standalone, descriptive, diagnostic, predictive, prescriptive, and autonomous, respectively. The current work introduces the concept in the context of the built environment. It demonstrates the concept by using a modern house as a use case. The house is equipped with an array of sensors that collect timeseries data regarding the internal state of the house. Together with physics-based and data-driven models, these data are used to develop digital twins at different capability levels demonstrated in virtual reality. The work, in addition to presenting a blueprint for developing digital twins, also provided future research directions to enhance the technology.

背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。

无人驾驶汽车（UAV）的使用提供了各种应用程序的许多优势。但是，安全保证是广泛使用的关键障碍，尤其是考虑到无人机所经历的不可预测的操作和环境因素，这些因素很难仅在设计时间内捕获。本文提出了一种称为SAFEDRONES的新可靠性建模方法，以通过实现无人机的运行时可靠性和风险评估来帮助解决此问题。它是可执行数字可靠身份（EDDI）概念的原型实例化，该概念旨在为多机器人系统的实时，数据驱动的可靠性保证创建基于模型的解决方案。通过提供实时可靠性估算，SAFEDRONES允许无人机以自适应方式相应地更新其任务。

如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。

There has been a recent resurgence in the area of explainable artificial intelligence as researchers and practitioners seek to make their algorithms more understandable. Much of this research is focused on explicitly explaining decisions or actions to a human observer, and it should not be controversial to say that looking at how humans explain to each other can serve as a useful starting point for explanation in artificial intelligence. However, it is fair to say that most work in explainable artificial intelligence uses only the researchers' intuition of what constitutes a 'good' explanation. There exists vast and valuable bodies of research in philosophy, psychology, and cognitive science of how people define, generate, select, evaluate, and present explanations, which argues that people employ certain cognitive biases and social expectations towards the explanation process. This paper argues that the field of explainable artificial intelligence should build on this existing research, and reviews relevant papers from philosophy, cognitive psychology/science, and social psychology, which study these topics. It draws out some important findings, and discusses ways that these can be infused with work on explainable artificial intelligence.

批处理过程显示了几种可变性来源，从原材料的特性到制造过程中不同事件期间变化的初始和不断发展的条件。在本章中，我们将用一个工业示例说明如何使用机器学习来减少这种明显的数据，同时维护过程工程师的相关信息。将提出两个常见的用例：1）自动分析以快速找到批处理过程中的相关性，以及2）轨迹分析以监视和识别异常批次，从而导致过程控制改进。

机器学习（ML）生命周期涉及一系列迭代步骤，从有效的收集和准备数据，包括复杂的特征工程流程，对结果的演示和改进，各种步骤中的各种算法选择。特征工程尤其可以对ML非常有益，导致许多改进，例如提高预测结果，降低计算时间，减少过度噪音，并提高培训期间所采取的决策背后的透明度。尽管如此，虽然存在多个视觉分析工具来监控和控制ML生命周期的不同阶段（特别是与数据和算法相关的阶段），但功能工程支持仍然不足。在本文中，我们提出了FightEnvi，一种专门设计用于协助特征工程过程的视觉分析系统。我们建议的系统可帮助用户选择最重要的功能，将原始功能转换为强大的替代方案，并进行不同的特征生成组合。此外，数据空间切片允许用户探索本地和全局尺度上的功能的影响。 Feationenvi利用多种自动特征选择技术;此外，它目视指导用户有统计证据的关于每个特征的影响（或功能的子集）。最终结果是通过多种验证度量评估的重新设计的重新设计特征。用两种用例和案例研究证明了FeatureenVI的有用性和适用性。我们还向评估我们系统的有效性以及评估我们系统的有效性的观众报告反馈。

本文调查了股票回购，特别是分享回购公告。它解决了如何识别此类公告，股票回购的超额回报以及股票回购公告后的回报的预测。我们说明了两种NLP方法，用于自动检测股票回购公告。即使有少量的培训数据，我们也可以达到高达90％的准确性。该论文利用这些NLP方法生成一个由57,155个股票回购公告组成的大数据集。通过分析该数据集，本论文的目的是表明大多数宣布回购的公司的大多数公司都表现不佳。但是，少数公司的表现极大地超过了MSCI世界。当查看所有公司的平均值时，这种重要的表现过高会导致净收益。如果根据公司的规模调整了基准指数，则平均表现过高，并且大多数表现不佳。但是，发现宣布股票回购的公司至少占其市值的1％，即使使用调整后的基准，也平均交付了显着的表现。还发现，在危机时期宣布股票回购的公司比整个市场更好。此外，生成的数据集用于训练72个机器学习模型。通过此，它能够找到许多可以达到高达77％并产生大量超额回报的策略。可以在六个不同的时间范围内改善各种性能指标，并确定明显的表现。这是通过训练多个模型的不同任务和时间范围以及结合这些不同模型的方法来实现的，从而通过融合弱学习者来产生重大改进，以创造一个强大的学习者。

复杂的事件识别（CER）系统在过去二十年中变得流行，因为它们能够“立即”检测在实时事件流上的模式。然而，缺乏预测模式可能发生在例如由Cer发动机实际检测到这种发生之前的模式。我们提出了一项正式的框架，试图解决复杂事件预测（CEF）的问题。我们的框架结合了两个形式主义：a）用于编码复杂事件模式的符号自动机; b）预测后缀树，可以提供自动机构的行为的简洁概率描述。我们比较我们提出的方法，以防止最先进的方法，并在准确性和效率方面展示其优势。特别地，预测后缀树是可变的马尔可夫模型，可以通过仅记住足够的信息的过去序列来捕获流中的长期依赖性。我们的实验结果表明了能够捕获这种长期依赖性的准确性的益处。这是通过增加我们模型的顺序来实现的，以满足需要执行给定顺序的所有可能的过去序列的所有可能的过去序列的详尽枚举的全阶马尔可夫模型。我们还广泛讨论CEF解决方案如何最佳地评估其预测的质量。