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。

In this paper, negatively inclined buoyant jets, which appear during the discharge of wastewater from processes such as desalination, are observed. To minimize harmful effects and assess environmental impact, a detailed numerical investigation is necessary. The selection of appropriate geometry and working conditions for minimizing such effects often requires numerous experiments and numerical simulations. For this reason, the application of machine learning models is proposed. Several models including Support Vector Regression, Artificial Neural Networks, Random Forests, XGBoost, CatBoost and LightGBM were trained. The dataset was built with numerous OpenFOAM simulations, which were validated by experimental data from previous research. The best prediction was obtained by Artificial Neural Network with an average of R2 0.98 and RMSE 0.28. In order to understand the working of the machine learning model and the influence of all parameters on the geometrical characteristics of inclined buoyant jets, the SHAP feature interpretation method was used.

本文介绍了新的六角形和五角形PEM燃料电池模型。在实现了改善的细胞性能后，这些模型已得到了优化。多目标优化算法的输入参数是入口处的压力和温度，消耗和输出功率是客观参数。数值模拟的输出数据已使用深神经网络训练，然后以多项式回归进行建模。已使用RSM（响应表面方法）提取目标函数，并使用多目标遗传算法（NSGA-II）优化了目标。与基本模型相比，优化的五角大楼和六边形模型分别将输出电流密度增加21.8％和39.9％。

物理信息的神经网络（PINN）是神经网络（NNS），它们作为神经网络本身的组成部分编码模型方程，例如部分微分方程（PDE）。如今，PINN是用于求解PDE，分数方程，积分分化方程和随机PDE的。这种新颖的方法已成为一个多任务学习框架，在该框架中，NN必须在减少PDE残差的同时拟合观察到的数据。本文对PINNS的文献进行了全面的综述：虽然该研究的主要目标是表征这些网络及其相关的优势和缺点。该综述还试图将出版物纳入更广泛的基于搭配的物理知识的神经网络，这些神经网络构成了香草·皮恩（Vanilla Pinn）以及许多其他变体，例如物理受限的神经网络（PCNN），各种HP-VPINN，变量HP-VPINN，VPINN，VPINN，变体。和保守的Pinn（CPINN）。该研究表明，大多数研究都集中在通过不同的激活功能，梯度优化技术，神经网络结构和损耗功能结构来定制PINN。尽管使用PINN的应用范围广泛，但通过证明其在某些情况下比有限元方法（FEM）等经典数值技术更可行的能力，但仍有可能的进步，最著名的是尚未解决的理论问题。

HyperParameter Optimization（HPO）是一种确保机器学习（ML）算法最佳性能的必要步骤。已经开发了几种方法来执行HPO;其中大部分都集中在优化一个性能措施（通常是基于错误的措施），并且在这种单一目标HPO问题上的文献是巨大的。然而，最近似乎似乎侧重于同时优化多个冲突目标的算法。本文提出了对2014年至2020年的文献的系统调查，在多目标HPO算法上发布，区分了基于成逐的算法，Metamodel的算法以及使用两者混合的方法。我们还讨论了用于比较多目标HPO程序和今后的研究方向的质量指标。

超参数优化构成了典型的现代机器学习工作流程的很大一部分。这是由于这样一个事实，即机器学习方法和相应的预处理步骤通常只有在正确调整超参数时就会产生最佳性能。但是在许多应用中，我们不仅有兴趣仅仅为了预测精度而优化ML管道；确定最佳配置时，必须考虑其他指标或约束，从而导致多目标优化问题。由于缺乏知识和用于多目标超参数优化的知识和容易获得的软件实现，因此通常在实践中被忽略。在这项工作中，我们向读者介绍了多个客观超参数优化的基础知识，并激励其在应用ML中的实用性。此外，我们从进化算法和贝叶斯优化的领域提供了现有优化策略的广泛调查。我们说明了MOO在几个特定ML应用中的实用性，考虑了诸如操作条件，预测时间，稀疏，公平，可解释性和鲁棒性之类的目标。

石油场和地震成像的储层模拟被称为石油和天然气（O＆G）行业中高性能计算（HPC）最苛刻的工作量。模拟器数值参数的优化起着至关重要的作用，因为它可以节省大量的计算工作。最先进的优化技术基于运行大量模拟，特定于该目的，以找到良好的参数候选者。但是，在时间和计算资源方面，使用这种方法的成本高昂。这项工作提出了金枪鱼，这是一种新方法，可增强使用性能模型的储层流仿真的最佳数值参数的搜索。在O＆G行业中，通常使用不同工作流程中的模型合奏来减少与预测O＆G生产相关的不确定性。我们利用此类工作流程中这些合奏的运行来从每个模拟中提取信息，并在其后续运行中优化数值参数。为了验证该方法，我们在历史匹配（HM）过程中实现了它，该过程使用Kalman滤波器算法来调整储层模型的集合以匹配实际字段中观察到的数据。我们从许多具有不同数值配置的模拟中挖掘了过去的执行日志，并根据数据提取的功能构建机器学习模型。这些功能包括储层模型本身的属性，例如活动单元的数量，即模拟行为的统计数据，例如线性求解器的迭代次数。采样技术用于查询甲骨文以找到可以减少经过的时间的数值参数，而不会显着影响结果的质量。我们的实验表明，预测可以平均将HM工作流程运行时提高31％。

自从Navier Stokes方程的推导以来，已经有可能在数值上解决现实世界的粘性流问题（计算流体动力学（CFD））。然而，尽管中央处理单元（CPU）的性能取得了迅速的进步，但模拟瞬态流量的计算成本非常小，时间/网格量表物理学仍然是不现实的。近年来，机器学习（ML）技术在整个行业中都受到了极大的关注，这一大浪潮已经传播了流体动力学界的各种兴趣。最近的ML CFD研究表明，随着数据驱动方法的训练时间和预测时间之间的间隔增加，完全抑制了误差的增加是不现实的。应用ML的实用CFD加速方法的开发是剩余的问题。因此，这项研究的目标是根据物理信息传递学习制定现实的ML策略，并使用不稳定的CFD数据集验证了该策略的准确性和加速性能。该策略可以在监视跨耦合计算框架中管理方程的残差时确定转移学习的时间。因此，我们的假设是可行的，即连续流体流动时间序列的预测是可行的，因为中间CFD模拟定期不仅减少了增加残差，还可以更新网络参数。值得注意的是，具有基于网格的网络模型的交叉耦合策略不会损害计算加速度的仿真精度。在层流逆流CFD数据集条件下，该模拟加速了1.8次，包括参数更新时间。此可行性研究使用了开源CFD软件OpenFOAM和开源ML软件TensorFlow。

在早期设计阶段，应为所需室内环境质量（IEQ）进行太阳阴凉设计。这个领域可能非常具有挑战性和耗时需要专家，复杂的软件和大量的钱。本研究的主要目的是设计一个简单的工具来研究各种型号的太阳阴影，并在早期阶段更容易且更快地做出决定。数据库生成方法，人工智能和优化已被用于实现这一目标。该工具包括两个主要部分。预测用户所选模型的性能以及提出有效参数和2.向用户提出最佳预准备模型。在这方面，最初，具有可变参数的侧向升鞋盒模型是参数建模的，并且将五种常见的太阳阴影模型应用于空间。对于每个太阳阴影和没有阴影的状态，模拟了与日光和眩光，视图和初始成本有关的指标。本研究中生成的数据库包括87912个替代和六个计算的指标，引入优化的机器学习模型，包括神经网络，随机Forrest，支持向量回归和K最近邻居。根据结果​​，最准确和最快的估计模型是随机的Forrest，R2_Score为0.967至1.然后，进行敏感性分析以确定每个阴影模型的最有影响力的参数和没有它的状态。这种分析区分了最有效的参数，包括窗口方向，WWR，房间宽度，长度和阴影深度。最后，通过利用NSGA II算法优化机器学习模型的估计功能，识别了大约7300个最佳模型。开发的工具可以为每个设计的各种设计替代品评估各种设计替代品。

我们研究机器学习（ML）和深度学习（DL）算法的能力，基于地下温度观察推断表面/地面交换通量。观察和助势是由代表哥伦比亚河附近的高分辨率数值模型，位于华盛顿州东南部的能源部汉福德遗址附近。随机测量误差，不同幅度的加入合成温度观察。结果表明，两个ML和DL方法可用于推断表面/地面交换通量。 DL方法，尤其是卷积神经网络，当用于用施加的平滑滤波器解释噪声温度数据时越高。然而，ML方法也表现良好，它们可以更好地识别减少数量的重要观察，这对于测量网络优化也是有用的。令人惊讶的是，M1和DL方法比向下通量更好地推断出向上的助焊剂。这与使用数值模型从温度观测推断出来的先前发现与先前的发现与先前的发现相反，并且可能表明将ML或DL推断的组合使用与数值推断相结合可以改善河流系统下方的助焊剂估计。

Explicitly accounting for uncertainties is paramount to the safety of engineering structures. Optimization which is often carried out at the early stage of the structural design offers an ideal framework for this task. When the uncertainties are mainly affecting the objective function, robust design optimization is traditionally considered. This work further assumes the existence of multiple and competing objective functions that need to be dealt with simultaneously. The optimization problem is formulated by considering quantiles of the objective functions which allows for the combination of both optimality and robustness in a single metric. By introducing the concept of common random numbers, the resulting nested optimization problem may be solved using a general-purpose solver, herein the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). The computational cost of such an approach is however a serious hurdle to its application in real-world problems. We therefore propose a surrogate-assisted approach using Kriging as an inexpensive approximation of the associated computational model. The proposed approach consists of sequentially carrying out NSGA-II while using an adaptively built Kriging model to estimate the quantiles. Finally, the methodology is adapted to account for mixed categorical-continuous parameters as the applications involve the selection of qualitative design parameters as well. The methodology is first applied to two analytical examples showing its efficiency. The third application relates to the selection of optimal renovation scenarios of a building considering both its life cycle cost and environmental impact. It shows that when it comes to renovation, the heating system replacement should be the priority.

近年来，生成设计技术已在许多应用领域，尤其是在工程领域中牢固地建立。这些方法证明了由于前景有希望的增长。但是，现有方法受到考虑的问题的特异性受到限制。此外，它们不提供所需的灵活性。在本文中，我们为任意生成设计问题制定了一般方法，并提出了名为Gefest（编码结构的生成进化）的新颖框架。开发的方法基于三个一般原则：采样，估计和优化。这样可以确保方法调整特定生成设计问题的方法的自由度，因此可以构建最合适的方法。进行了一系列实验研究，以确认Gefest框架的有效性。它涉及合成和现实情况（沿海工程，微流体，热力学和油田计划）。 Gefest的柔性结构使得获得超过基线溶液的结果。

在热分析和低温热交换器的几何设计过程中，强迫沸腾现象的准确降低估计很重要。但是，当前预测压降的方法存在两个问题之一：缺乏对不同情况的准确性或概括。在这项工作中，我们介绍了相关的信息神经网络（COINN），这是应用人工神经网络（ANN）技术的新范式，结合了成功的压降相关性，作为预测微质混合压力下降的绘制工具 - 通道。所提出的方法是受转移学习的启发，该方法在减少数据集的深度学习问题中高度使用。我们的方法通过将Sun＆Mishima相关性的知识传递给ANN来提高ANN的性能。具有物理和现象学对微通道压力下降的相关性大大提高了ANN的性能和概括能力。最终结构由三个输入组成：混合蒸气质量，微通道内径和可用的压降相关性。结果表明，使用相关的信息方法获得的好处预测用于训练的实验数据和后验测试，平均相对误差（MRE）为6％，低于Sun＆Mishima相关性13％。此外，这种方法可以扩展到其他混合物和实验设置，这是使用ANN用于传热应用的其他方法中的缺少特征。

在本文中，我们提出了一种新的端到端方法，以优化能量性能以及大型建筑物的舒适性和空气质量，而无需任何装修工作。我们介绍了基于经常性神经网络的元模型，并训练了使用从模拟程序采样的数据库预测一般大类建筑物的行为。然后将该元模型部署在不同的框架中，并且使用两个真实建筑的特定数据校准其参数。通过使用CMA-ES算法比较从传感器获得的真实数据的比较来估计参数，通过使用CMA-ES算法，衍生免费优化过程。然后，使用NSGA-II多目标优化过程保持目标热舒适度和空气质量的同时优化能量消耗。数值实验说明了该元模型如何确保能效显着增益，高达近10％，同时计算比数值模型更具吸引力，并且足够灵活地适应若干类型的建筑物。

主动脉（COA）患者特异性计算流体动力学（CFD）研究的目的 - 在资源约束设置中的研究受到可用成像方式和速度数据采集的可用成像方式的限制。多普勒超声心动图被视为合适的速度获取方式，因为其可用性和安全性较高。这项研究旨在调查经典机器学习（ML）方法的应用，以创建一种适当且可靠的方法，用于从多普勒超声心动图图像中获得边界条件（BCS），用于使用CFD进行血液动力学建模。方法 - 我们提出的方法结合了ML和CFD，以模拟感兴趣区域内的血流动力学流动。该方法的关键特征是使用ML模型来校准CFD模型的入口和出口边界条件（BCS）。 ML模型的关键输入变量是患者心率，因为这是研究中测得的血管的时间变化的参数。在研究的CFD组件中使用ANSYS Fluent，而Scikit-Learn Python库则用于ML分量。结果 - 我们在干预前对严重COA的真实临床案例进行了验证。将我们的模拟的最大缩回速度与从研究中使用的几何形状获得的患者获得的测量最大骨质速度进行了比较。在用于获得BCS的5 mL模型中，顶部模型在测得的最大骨质速度的5 \％之内。结论 - 该框架表明，它能够考虑在测量之间考虑患者心率的变化。因此，当在每个血管上缩放心率时，可以在生理上逼真的BC计算，同时提供合理准确的溶液。

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。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

在过去的十年中，基于粉末的添加剂制造业改变了制造业。在激光粉床的融合中，特定部分以迭代方式建造，其中通过融化并融合粉末床的合适区域，在彼此之间形成二维横截面。在此过程中，熔体池及其热场的行为在预测制成部分的质量及其可能的缺陷方面具有非常重要的作用。但是，这种复杂现象的模拟通常非常耗时，需要大量的计算资源。 Flow-3D是能够使用迭代数值求解器执行此类仿真的软件包之一。在这项工作中，我们使用Flow-3D创建了三个单程过程的数据集，并使用它们来训练卷积神经网络，能够仅通过将三个参数作为输入来预测熔体池的三维热场的行为：激光功率，激光速度和时间步长。 CNN在预测熔体池面积的情况下，温度场的相对根平方误差为2％至3％，平均相交的联合分数为80％至90％。此外，由于将时间作为模型的输入之一包括在内，因此可以在任何任意时间步中立即获得热场，而无需迭代并计算所有步骤

由于评估成本函数的费用（例如，使用计算流体动力学）来确定表面控制所需的性能，因此通常不可能找到流体动力或空气动力表面的最佳设计。此外，由于强加的几何限制，常规的参数化方法和用户偏见，设计空间本身的固有局限性可以限制所选设计空间内设计的{\ IT}，而不管传统的优化方法还是较新的，数据驱动的方法使用机器学习的设计算法用于搜索设计空间。我们提出了2条攻击来解决这些困难：我们提出了（1）一种方法，可以使用变形创建设计空间，我们称之为{\ it by-morphing}（dbm）; （2）一种优化算法，用于搜索使用新型贝叶斯优化（BO）策略的空间，我们称之为{\ it混合变量，多目标贝叶斯优化}（MixMobo）。我们采用这种形状优化策略来最大程度地提高基本动力学涡轮的功率输出。在同时应用这两种策略，我们证明我们可以创建一个新颖的，几何毫无约束的设计空间和轮毂形状的设计空间，然后通过{\ it最低}成本函数的数量来同时优化它们。我们的框架是多功能的，可以应用于各种流体问题的形状优化。

血流特征的预测对于了解血液动脉网络的行为至关重要，特别是在血管疾病（如狭窄）的存在下。计算流体动力学（CFD）提供了一种强大而有效的工具，可以确定包括网络内的压力和速度字段的这些特征。尽管该领域有许多研究，但CFD的极高计算成本导致研究人员开发新的平台，包括机器学习方法，而是以更低的成本提供更快的分析。在这项研究中，我们提出了一个深度神经网络框架，以预测冠状动脉网络中的流动行为，在存在像狭窄等异常存在下具有不同的性质。为此，使用合成数据训练人工神经网络（ANN）模型，使得它可以预测动脉网络内的压力和速度。培训神经网络所需的数据是从ABAQUS软件的特定特征的次数的CFD分析中获得了培训神经网络的数据。狭窄引起的血压下降，这是诊断心脏病诊断中最重要的因素之一，可以使用我们所提出的模型来了解冠状动脉的任何部分的几何和流动边界条件。使用Lad血管的三个实际几何形状来验证模型的效率。所提出的方法精确地预测了血流量的血流动力学行为。压力预测的平均精度为98.7％，平均速度幅度精度为93.2％。根据测试三个患者特定几何形状的模型的结果，模型可以被认为是有限元方法的替代方案以及其他难以实现的耗时数值模拟。