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。
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成像,散射和光谱是理解和发现新功能材料的基础。自动化和实验技术的当代创新导致这些测量更快,分辨率更高,从而产生了大量的分析数据。这些创新在用户设施和同步射击光源时特别明显。机器学习(ML)方法经常开发用于实时地处理和解释大型数据集。然而,仍然存在概念障碍,进入设施一般用户社区,通常缺乏ML的专业知识,以及部署ML模型的技术障碍。在此,我们展示了各种原型ML模型,用于在国家同步光源II(NSLS-II)的多个波束线上在飞行分析。我们谨慎地描述这些示例,专注于将模型集成到现有的实验工作流程中,使得读者可以容易地将它们自己的ML技术与具有普通基础设施的NSLS-II或设施的实验中的实验。此处介绍的框架展示了几乎没有努力,多样化的ML型号通过集成到实验编程和数据管理的现有Blueske套件中与反馈回路一起运行。
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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。
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作为行业4.0时代的一项新兴技术,数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计,质量控制,健康监测,决策和政策制定等,通过全面对物理世界进行建模,以进一步优化流程设计,质量控制,健康监测,决策和政策,因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中,我们研究了不同建模技术,孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述,重点是不确定性量化,优化方法,开源数据集和工具,主要发现,挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法,以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外,本文介绍了一个案例研究,其中构建和测试了电池数字双胞胎,以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。
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大量的数据和创新算法使数据驱动的建模成为现代行业的流行技术。在各种数据驱动方法中,潜在变量模型(LVM)及其对应物占主要份额,并在许多工业建模领域中起着至关重要的作用。 LVM通常可以分为基于统计学习的经典LVM和基于神经网络的深层LVM(DLVM)。我们首先讨论经典LVM的定义,理论和应用,该定义和应用既是综合教程,又是对经典LVM的简短申请调查。然后,我们对当前主流DLVM进行了彻底的介绍,重点是其理论和模型体系结构,此后不久就提供了有关DLVM的工业应用的详细调查。上述两种类型的LVM具有明显的优势和缺点。具体而言,经典的LVM具有简洁的原理和良好的解释性,但是它们的模型能力无法解决复杂的任务。基于神经网络的DLVM具有足够的模型能力,可以在复杂的场景中实现令人满意的性能,但它以模型的解释性和效率为例。旨在结合美德并减轻这两种类型的LVM的缺点,并探索非神经网络的举止以建立深层模型,我们提出了一个新颖的概念,称为“轻量级Deep LVM(LDLVM)”。在提出了这个新想法之后,该文章首先阐述了LDLVM的动机和内涵,然后提供了两个新颖的LDLVM,并详尽地描述了其原理,建筑和优点。最后,讨论了前景和机会,包括重要的开放问题和可能的研究方向。
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Time series anomaly detection has applications in a wide range of research fields and applications, including manufacturing and healthcare. The presence of anomalies can indicate novel or unexpected events, such as production faults, system defects, or heart fluttering, and is therefore of particular interest. The large size and complex patterns of time series have led researchers to develop specialised deep learning models for detecting anomalous patterns. This survey focuses on providing structured and comprehensive state-of-the-art time series anomaly detection models through the use of deep learning. It providing a taxonomy based on the factors that divide anomaly detection models into different categories. Aside from describing the basic anomaly detection technique for each category, the advantages and limitations are also discussed. Furthermore, this study includes examples of deep anomaly detection in time series across various application domains in recent years. It finally summarises open issues in research and challenges faced while adopting deep anomaly detection models.
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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。
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Fruit is a key crop in worldwide agriculture feeding millions of people. The standard supply chain of fruit products involves quality checks to guarantee freshness, taste, and, most of all, safety. An important factor that determines fruit quality is its stage of ripening. This is usually manually classified by experts in the field, which makes it a labor-intensive and error-prone process. Thus, there is an arising need for automation in the process of fruit ripeness classification. Many automatic methods have been proposed that employ a variety of feature descriptors for the food item to be graded. Machine learning and deep learning techniques dominate the top-performing methods. Furthermore, deep learning can operate on raw data and thus relieve the users from having to compute complex engineered features, which are often crop-specific. In this survey, we review the latest methods proposed in the literature to automatize fruit ripeness classification, highlighting the most common feature descriptors they operate on.
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培训和测试监督对象检测模型需要大量带有地面真相标签的图像。标签定义图像中的对象类及其位置,形状以及可能的其他信息,例如姿势。即使存在人力,标签过程也非常耗时。我们引入了一个新的标签工具,用于2D图像以及3D三角网格:3D标记工具(3DLT)。这是一个独立的,功能丰富和跨平台软件,不需要安装,并且可以在Windows,MacOS和基于Linux的发行版上运行。我们不再像当前工具那样在每个图像上分别标记相同的对象,而是使用深度信息从上述图像重建三角形网格,并仅在上述网格上标记一次对象。我们使用注册来简化3D标记,离群值检测来改进2D边界框的计算和表面重建,以将标记可能性扩展到大点云。我们的工具经过最先进的方法测试,并且在保持准确性和易用性的同时,它极大地超过了它们。
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为了允许机器学习算法从原始数据中提取知识,必须首先清除,转换,并将这些数据置于适当的形式。这些通常很耗时的阶段被称为预处理。预处理阶段的一个重要步骤是特征选择,其目的通过减少数据集的特征量来更好地执行预测模型。在这些数据集中,不同事件的实例通常是不平衡的,这意味着某些正常事件被超出,而其他罕见事件非常有限。通常,这些罕见的事件具有特殊的兴趣,因为它们具有比正常事件更具辨别力。这项工作的目的是过滤提供给这些罕见实例的特征选择方法的实例,从而积极影响特征选择过程。在这项工作过程中,我们能够表明这种过滤对分类模型的性能以及异常值检测方法适用于该过滤。对于某些数据集,所产生的性能增加仅为百分点,但对于其他数据集,我们能够实现高达16%的性能的增加。这项工作应导致预测模型的改进以及在预处理阶段的过程中的特征选择更好的可解释性。本着公开科学的精神,提高了我们的研究领域的透明度,我们已经在公开的存储库中提供了我们的所有源代码和我们的实验结果。
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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。
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机器学习(ML)为生物处理工程的发展做出了重大贡献,但其应用仍然有限,阻碍了生物过程自动化的巨大潜力。用于模型构建自动化的ML可以看作是引入另一种抽象水平的一种方式,将专家的人类集中在生物过程开发的最认知任务中。首先,概率编程用于预测模型的自动构建。其次,机器学习会通过计划实验来测试假设并进行调查以收集信息性数据来自动评估替代决策,以收集基于模型预测不确定性的模型选择的信息数据。这篇评论提供了有关生物处理开发中基于ML的自动化的全面概述。一方面,生物技术和生物工程社区应意识到现有ML解决方案在生物技术和生物制药中的应用的限制。另一方面,必须确定缺失的链接,以使ML和人工智能(AI)解决方案轻松实施在有价值的生物社区解决方案中。我们总结了几个重要的生物处理系统的ML实施,并提出了两个至关重要的挑战,这些挑战仍然是生物技术自动化的瓶颈,并减少了生物技术开发的不确定性。没有一个合适的程序;但是,这项综述应有助于确定结合生物技术和ML领域的潜在自动化。
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在2015年和2019年之间,地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”,研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用,并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人,仍然在测试阶段,承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中,在研究和开发的那些中,最相关的新工具以及对其性能的评估。
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机器学习(ML)代表了当前和未来信息系统的关键技术,许多域已经利用了ML的功能。但是,网络安全中ML的部署仍处于早期阶段,揭示了研究和实践之间的显着差异。这种差异在当前的最新目的中具有其根本原因,该原因不允许识别ML在网络安全中的作用。除非广泛的受众理解其利弊,否则ML的全部潜力将永远不会释放。本文是对ML在整个网络安全领域中的作用的首次尝试 - 对任何对此主题感兴趣的潜在读者。我们强调了ML在人类驱动的检测方法方面的优势,以及ML在网络安全方面可以解决的其他任务。此外,我们阐明了影响网络安全部署实际ML部署的各种固有问题。最后,我们介绍了各种利益相关者如何为网络安全中ML的未来发展做出贡献,这对于该领域的进一步进步至关重要。我们的贡献补充了两项实际案例研究,这些案例研究描述了ML作为对网络威胁的辩护的工业应用。
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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.
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基于签名的技术使数学洞察力洞悉不断发展的数据的复杂流之间的相互作用。这些见解可以自然地转化为理解流数据的数值方法,也许是由于它们的数学精度,已被证明在数据不规则而不是固定的情况下分析流的数据以及数据和数据的尺寸很有用样本量均为中等。了解流的多模式数据是指数的:$ d $ d $的字母中的$ n $字母中的一个单词可以是$ d^n $消息之一。签名消除了通过采样不规则性引起的指数级噪声,但仍然存在指数量的信息。这项调查旨在留在可以直接管理指数缩放的域中。在许多问题中,可伸缩性问题是一个重要的挑战,但需要另一篇调查文章和进一步的想法。这项调查描述了一系列环境集足够小以消除大规模机器学习的可能性,并且可以有效地使用一小部分免费上下文和原则性功能。工具的数学性质可以使他们对非数学家的使用恐吓。本文中介绍的示例旨在弥合此通信差距,并提供从机器学习环境中绘制的可进行的工作示例。笔记本可以在线提供这些示例中的一些。这项调查是基于伊利亚·雪佛兰(Ilya Chevryev)和安德烈·科米利津(Andrey Kormilitzin)的早期论文,它们在这种机械开发的较早时刻大致相似。本文说明了签名提供的理论见解是如何在对应用程序数据的分析中简单地实现的,这种方式在很大程度上对数据类型不可知。
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这是一门专门针对STEM学生开发的介绍性机器学习课程。我们的目标是为有兴趣的读者提供基础知识,以在自己的项目中使用机器学习,并将自己熟悉术语作为进一步阅读相关文献的基础。在这些讲义中,我们讨论受监督,无监督和强化学习。注释从没有神经网络的机器学习方法的说明开始,例如原理分析,T-SNE,聚类以及线性回归和线性分类器。我们继续介绍基本和先进的神经网络结构,例如密集的进料和常规神经网络,经常性的神经网络,受限的玻尔兹曼机器,(变性)自动编码器,生成的对抗性网络。讨论了潜在空间表示的解释性问题,并使用梦和对抗性攻击的例子。最后一部分致力于加强学习,我们在其中介绍了价值功能和政策学习的基本概念。
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技术快速发展。低成本和即可连接的设备旨在提供新的服务和应用。智能电网或智能医疗保健系统是这些应用的一些示例,所有这些应用程序都在智能城市的背景下。在该总连接方案中,出现了一些安全问题,因为连接设备的数量越大,表面攻击尺寸越大。通过这种方式,需要用于监视和检测安全事件的新解决方案来解决这种情况所带来的新挑战,其中包括监控的大量设备,管理大量数据以及提供的实时要求快速安全事件检测,从而快速响应攻击。在这项工作中,开发并介绍了在这些环境中监视和检测安全事件的实用和即用的工具。该工具基于多元统计网络监测(MSNM)方法,用于监测和异常检测,并将其称为MSNM-Sensor。虽然它是早期的发展阶段,但基于检测分层网络系统中众所周知的攻击的实验结果证明了该工具的适用性,以获得更复杂的情景,例如在智能城市或物联网生态系统中发现的那些。
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无论是在功能选择的领域还是可解释的AI领域,都有基于其重要性的“排名”功能的愿望。然后可以将这种功能重要的排名用于:(1)减少数据集大小或(2)解释机器学习模型。但是,在文献中,这种特征排名没有以系统的,一致的方式评估。许多论文都有不同的方式来争论哪些具有重要性排名最佳的特征。本文通过提出一种新的评估方法来填补这一空白。通过使用合成数据集,可以事先知道特征重要性得分,从而可以进行更系统的评估。为了促进使用新方法的大规模实验,在Python建造了一个名为FSEVAL的基准测定框架。该框架允许并行运行实验,并在HPC系统上的计算机上分布。通过与名为“权重和偏见”的在线平台集成,可以在实时仪表板上进行交互探索图表。该软件作为开源软件发布,并在PYPI平台上以包裹发行。该研究结束时,探索了一个这样的大规模实验,以在许多方面找到参与算法的优势和劣势。
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机器学习渗透到许多行业,这为公司带来了新的利益来源。然而,在人寿保险行业中,机器学习在实践中并未被广泛使用,因为在过去几年中,统计模型表明了它们的风险评估效率。因此,保险公司可能面临评估人工智能价值的困难。随着时间的流逝,专注于人寿保险行业的修改突出了将机器学习用于保险公司的利益以及通过释放数据价值带来的利益。本文回顾了传统的生存建模方法论,并通过机器学习技术扩展了它们。它指出了与常规机器学习模型的差异,并强调了特定实现在与机器学习模型家族中面对审查数据的重要性。在本文的补充中,已经开发了Python库。已经调整了不同的开源机器学习算法,以适应人寿保险数据的特殊性,即检查和截断。此类模型可以轻松地从该SCOR库中应用,以准确地模拟人寿保险风险。
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