目前的地震设计代码主要依赖于结构构件的强度和位移能力，并且不考虑地面运动持续时间或滞后行为特征的影响。基于能量的方法用作响应量的补充指标，包括重复载荷在地震性能中的效果。设计理念表明，结构构件的能量耗散能力满足了地震要求。因此，应当很好地理解结构构件的能量耗散行为，以实现有效的基于能量的设计方法。本研究重点介绍钢筋混凝土（RC）剪切墙的能量耗散能力，这些剪切壁广泛用于高地震区，因为它们提供了抗侧向力的显着刚度和强度。基于机器学习（高斯过程回归（GPR））的剪力墙能量耗散能力的预测模型是墙面设计参数的函数。显示十八个设计参数来影响能量耗散，而最重要的是通过施加顺序向后消除并通过使用特征选择方法来确定预测模型的复杂性来确定。所提出的模型使稳健和准确的预测的能力基于具有预测精度的新数据（预测/实际值的比率）约为1.00的新数据和0.93的确定系数（R2）。本研究的结果被认为是（i）的基于能量的方法（i）限定了剪力墙地震能量耗散能力的最有影响力的墙壁性能和（ii）提供了能够实现不同墙体设计配置的比较的预测模型实现更高的能量耗散能力。

太阳耀斑，尤其是M级和X级耀斑，通常与冠状质量弹出（CMES）有关。它们是太空天气影响的最重要来源，可能会严重影响近地环境。因此，必须预测耀斑（尤其是X级），以减轻其破坏性和危险后果。在这里，我们介绍了几种统计和机器学习方法，以预测AR的耀斑指数（FI），这些方法通过考虑到一定时间间隔内的不同类耀斑的数量来量化AR的耀斑生产力。具体而言，我们的样本包括2010年5月至2017年12月在太阳能磁盘上出现的563个AR。25个磁性参数，由空中震动和磁性成像器（HMI）的太空天气HMI活性区域（Sharp）提供的太阳能动力学观测值（HMI）。 （SDO），表征了代理中存储在ARS中的冠状磁能，并用作预测因子。我们研究了这些尖锐的参数与ARS的FI与机器学习算法（样条回归）和重采样方法（合成少数群体过度采样技术，用于使用高斯噪声回归的合成少数群体过度采样技术，smogn简短）。基于既定关系，我们能够在接下来的1天内预测给定AR的FIS值。与其他4种流行的机器学习算法相比，我们的方法提高了FI预测的准确性，尤其是对于大型FI。此外，我们根据Borda Count方法从由9种不同的机器学习方法渲染的等级计算出尖锐参数的重要性。

特征选择是数据科学流水线的重要步骤，以减少与大型数据集相关的复杂性。虽然对本主题的研究侧重于优化预测性能，但很少研究在特征选择过程的上下文中调查稳定性。在这项研究中，我们介绍了重复的弹性网技术（租金）进行特色选择。租金使用具有弹性净正常化的广义线性模型的集合，每个训练都培训了训练数据的不同子集。该特征选择基于三个标准评估所有基本模型的重量分布。这一事实导致选择具有高稳定性的特征，从而提高最终模型的稳健性。此外，与已建立的特征选择器不同，租金提供了有关在训练期间难以预测的数据中难以预测的对象的模型解释的有价值信息。在我们的实验中，我们在八个多变量数据集中对六个已建立的特征选择器进行基准测试，用于二进制分类和回归。在实验比较中，租金在预测性能和稳定之间展示了均衡的权衡。最后，我们强调了租金的额外解释价值与医疗保健数据集的探索性后HOC分析。

血浆定义为物质的第四个状态，在高电场下可以在大气压下产生非热血浆。现在众所周知，血浆激活液体（PAL）的强和广谱抗菌作用。机器学习（ML）在医疗领域的可靠适用性也鼓励其在等离子体医学领域的应用。因此，在PALS上的ML应用可以提出一种新的观点，以更好地了解各种参数对其抗菌作用的影响。在本文中，通过使用先前获得的数据来定性预测PAL的体外抗菌活性，从而介绍了比较监督的ML模型。进行了文献搜索，并从33个相关文章中收集了数据。在所需的预处理步骤之后，将两种监督的ML方法（即分类和回归）应用于数据以获得微生物灭活（MI）预测。对于分类，MI分为四类，对于回归，MI被用作连续变量。为分类和回归模型进行了两种不同的可靠交叉验证策略，以评估所提出的方法。重复分层的K折交叉验证和K折交叉验证。我们还研究了不同特征对模型的影响。结果表明，高参数优化的随机森林分类器（ORFC）和随机森林回归者（ORFR）分别比其他模型进行了分类和回归的模型更好。最后，获得ORFC的最佳测试精度为82.68％，ORFR的R2为0.75。 ML技术可能有助于更好地理解在所需的抗菌作用中具有主要作用的血浆参数。此外，此类发现可能有助于将来的血浆剂量定义。

通过有效的监控和调整电池操作条件，促进了锂离子电池的寿命和安全性。因此，为电池管理系统上的健康状况（SOH）监测提供快速准确的算法至关重要。由于对电池劣化的复杂性和多种因素的复杂性和多种因素的复杂性，特别是因为不同的劣化过程发生在各种时间尺度，并且它们的相互作用发挥着重要作用。数据驱动方法通过用统计或机器学习模型近似复杂进程来绕过这个问题。本文提出了一种数据驱动方法，在电池劣化的背景下，尽管其简单性和易于计算：多变量分数多项式（MFP）回归。模型从一个耗尽的细胞的历史数据训练，并用于预测其他细胞的SOH。数据的特征在于模拟动态操作条件的载荷变化。考虑了两个假设情景：假设最近的容量测量是已知的，则另一个仅基于标称容量。结果表明，在考虑到电池寿命的电池结束时，通过其历史数据的历史数据受到它们的历史数据的影响，电池的降解行为受到其历史数据的影响。此外，我们提供了一种多因素视角，分析了每个不同因素的影响程度。最后，我们与长期内记忆神经网络和其他来自相同数据集的文献的其他作品进行比较。我们得出结论，MFP回归与当代作品有效和竞争，提供了几种额外的优点。在可解释性，恒定性和可实现性方面。

PV power forecasting models are predominantly based on machine learning algorithms which do not provide any insight into or explanation about their predictions (black boxes). Therefore, their direct implementation in environments where transparency is required, and the trust associated with their predictions may be questioned. To this end, we propose a two stage probabilistic forecasting framework able to generate highly accurate, reliable, and sharp forecasts yet offering full transparency on both the point forecasts and the prediction intervals (PIs). In the first stage, we exploit natural gradient boosting (NGBoost) for yielding probabilistic forecasts, while in the second stage, we calculate the Shapley additive explanation (SHAP) values in order to fully comprehend why a prediction was made. To highlight the performance and the applicability of the proposed framework, real data from two PV parks located in Southern Germany are employed. Comparative results with two state-of-the-art algorithms, namely Gaussian process and lower upper bound estimation, manifest a significant increase in the point forecast accuracy and in the overall probabilistic performance. Most importantly, a detailed analysis of the model's complex nonlinear relationships and interaction effects between the various features is presented. This allows interpreting the model, identifying some learned physical properties, explaining individual predictions, reducing the computational requirements for the training without jeopardizing the model accuracy, detecting possible bugs, and gaining trust in the model. Finally, we conclude that the model was able to develop complex nonlinear relationships which follow known physical properties as well as human logic and intuition.

评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。

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。

相关特征的识别，即确定系统的过程或属性的驱动变量，是对具有大量变量的数据集分析的重要组成部分。量化这些特征相关性的数学严格方法是相互信息。相互信息确定特征在其联合相互依赖与感兴趣的财产方面的相关性。但是，相互信息需要作为输入概率分布，这不能可靠地从连续分布（例如长度或能量）等连续分布中估计。在这里，我们介绍了总累积共同信息（TCMI），这是对相互依赖关系的相关性的度量，该信息将相互信息扩展到基于累积概率分布的连续分布的随机变量。 TCMI是一种非参数，鲁棒和确定性的度量，可促进具有不同基数的特征集之间的比较和排名。 TCMI诱导的排名允许特征选择，即，考虑到数据示例的数量以及一组变量集的基数，识别与感兴趣属性的非线性统计学相关的变量集的识别。我们通过模拟数据评估测量的性能，将其性能与类似的多元依赖性度量进行比较，并在一组标准数据集中证明了我们的功能选择方法的有效性以及材料科学中的典型情况。

映射近场污染物的浓度对于跟踪城市地区意外有毒羽状分散体至关重要。通过求解大部分湍流谱，大型模拟（LES）具有准确表示污染物浓度空间变异性的潜力。找到一种合成大量信息的方法，以提高低保真操作模型的准确性（例如，提供更好的湍流封闭条款）特别有吸引力。这是一个挑战，在多质量环境中，LES的部署成本高昂，以了解羽流和示踪剂分散如何随着各种大气和源参数的变化。为了克服这个问题，我们提出了一个合并正交分解（POD）和高斯过程回归（GPR）的非侵入性降低阶模型，以预测与示踪剂浓度相关的LES现场统计。通过最大的后验（MAP）过程，GPR HyperParameter是通过POD告知的最大后验（MAP）过程来优化组件的。我们在二维案例研究上提供了详细的分析，该案例研究对应于表面安装的障碍物上的湍流大气边界层流。我们表明，障碍物上游的近源浓度异质性需要大量的POD模式才能得到充分捕获。我们还表明，逐组分的优化允许捕获POD模式中的空间尺度范围，尤其是高阶模式中较短的浓度模式。如果学习数据库由至少五十至100个LES快照制成，则可以首先估算所需的预算，以朝着更逼真的大气分散应用程序迈进，因此减少订单模型的预测仍然可以接受。

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。

虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。

我们在人类演变的历史上是一个独特的时间表，在那里我们可能能够发现我们的太阳系外的星星周围的地球行星，条件可以支持生活，甚至在那些行星上找到生命的证据。通过NASA，ESA和其他主要空间机构近年来推出了几个卫星，可以使用充足的数据集，可以使用，可用于培训机器学习模型，可以自动化Exoplanet检测的艰巨任务，其识别和居住地确定。自动化这些任务可以节省相当大的时间并导致人工错误最小化由于手动干预。为了实现这一目标，我们首先分析开孔望远镜捕获的恒星的光强度曲线，以检测表现出可能的行星系统存在特性的潜在曲线。对于该检测，以及培训常规模型，我们提出了一种堆叠的GBDT模型，可以同时在光信号的多个表示上培训。随后，我们通过利用几种最先进的机器学习和集合方法来解决EXOPLANET识别和居住地确定的自动化。外产的鉴定旨在将假阳性实例与外产的实际情况区分开，而居住地评估基于其可居住的特征，将外产行动的情况群体分组到不同的集群中。此外，我们提出了一种称为充足的热量充足（ATA）得分的新度量，以建立可居住和不可居住的情况之间的潜在线性关系。实验结果表明，所提出的堆叠GBDT模型优于检测过渡外出的常规模型。此外，在适当的分类中纳入ATA分数增强了模型的性能。

只要可以预见的是测试代码的固有特征，可以大大降低测试的高成本。本文提供了一种机器学习模型，以预测测试可以在多大程度上覆盖一个名为Coverabeality的新指标。预测模型由四个回归模型的集合组成。学习样本由特征向量组成，其中特征是为类计算的源代码指标。样品由针对其相应类计算的覆盖率值标记。我们提供了一个数学模型，以评估每个班级自动生成的测试套件的尺寸和覆盖范围的测试效果。我们通过引入一种新方法来根据现有源代码指标来定义子计量数来扩展功能空间的大小。使用功能重要性分析在学习的预测模型上，我们按照对测试效果的影响顺序对源代码指标进行排序。结果，我们发现类别严格的循环复杂性是最有影响力的源代码度量。我们对包含大约23,000个类的大型Java项目的预测模型进行的实验表明，平均绝对误差（MAE）为0.032，平均平方误差（MSE）为0.004，R2得分为0.855。与最先进的覆盖范围预测模型相比，我们的模型分别提高了MAE，MSE和R2得分5.78％，2.84％和20.71％。

预测组合在预测社区中蓬勃发展，近年来，已经成为预测研究和活动主流的一部分。现在，由单个（目标）系列产生的多个预测组合通过整合来自不同来源收集的信息，从而提高准确性，从而减轻了识别单个“最佳”预测的风险。组合方案已从没有估计的简单组合方法演变为涉及时间变化的权重，非线性组合，组件之间的相关性和交叉学习的复杂方法。它们包括结合点预测和结合概率预测。本文提供了有关预测组合的广泛文献的最新评论，并参考可用的开源软件实施。我们讨论了各种方法的潜在和局限性，并突出了这些思想如何随着时间的推移而发展。还调查了有关预测组合实用性的一些重要问题。最后，我们以当前的研究差距和未来研究的潜在见解得出结论。

Model-X条件随机测试是有条件独立性测试的通用框架，解锁了新的可能性，以发现与感兴趣的响应有条件相关的特征，同时控制I型错误率。该测试的一个吸引力的优势是，它可以与任何机器学习模型一起使用来设计强大的测试统计数据。反过来，Model-X文献中的常见实践是使用机器学习模型形成测试统计量，经过培训，以最大程度地提高预测精度，希望能够获得良好的功率测试。但是，这里的理想目标是推动模型（在训练期间）以最大程度地提高测试功能，而不仅仅是预测精度。在本文中，我们通过首次引入新型模型拟合方案来弥合这一差距，这些方案旨在明确提高Model-X测试的功能。这是通过引入新的成本函数来完成的，该功能旨在最大化用于衡量有条件独立性违反的测试统计量。使用合成和真实的数据集，我们证明了我们提出的损失函数与各种基本预测模型（Lasso，弹性网和深神经网络）的组合始终增加所获得的正确发现的数量，同时维持I型错误率下的I型错误率控制。

研究兴趣大大增加了将数据驱动方法应用于力学问题的问题。尽管传统的机器学习（ML）方法已经实现了许多突破，但它们依赖于以下假设：培训（观察到的）数据和测试（看不见）数据是独立的且分布相同的（i.i.d）。因此，当应用于未知的测试环境和数据分布转移的现实世界力学问题时，传统的ML方法通常会崩溃。相反，分布（OOD）的概括假定测试数据可能会发生变化（即违反I.I.D.假设）。迄今为止，已经提出了多种方法来改善ML方法的OOD概括。但是，由于缺乏针对OOD回归问题的基准数据集，因此这些OOD方法在主导力学领域的回归问题上的效率仍然未知。为了解决这个问题，我们研究了机械回归问题的OOD泛化方法的性能。具体而言，我们确定了三个OOD问题：协变量移位，机制移位和采样偏差。对于每个问题，我们创建了两个基准示例，以扩展机械MNIST数据集收集，并研究了流行的OOD泛化方法在这些机械特定的回归问题上的性能。我们的数值实验表明，在大多数情况下，与传统的ML方法相比，在大多数情况下，在这些OOD问题上的传统ML方法的性能更好，但迫切需要开发更强大的OOD概括方法，这些方法在多个OOD场景中有效。总体而言，我们希望这项研究以及相关的开放访问基准数据集将进一步开发用于机械特定回归问题的OOD泛化方法。

在许多科学领域中发现一个有意义的，尺寸同质的，象征性的表达是一个基本挑战。我们提出了一个新颖的开源计算框架，称为科学家机器方程探测器（Scimed），该框架将科学纪律智慧与科学家在循环的方法中融合在一起，并将其与最先进的符号回归（SR）方法相结合。Scimed将基于遗传算法的包装器选择方法与自动机器学习和两个SR方法结合在一起。我们对具有和没有非线性空气动力学阻力的球体沉降的四个配置进行了测试。我们表明，疲惫不堪的人足够坚固，可以从嘈杂的数据中发现正确的物理有意义的符号表达式。我们的结果表明，与最先进的SR软件包相比，这些任务的性能更好。

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。

电池性能数据集通常是非正常和多色性的。推断出用于模型预测的这些数据集需要注意这些特性。本研究探讨了数据正常性对建筑机械学习模型的影响。在这项工作中，基于树的回归模型和多元线性回归模型每个都是由具有多卷曲性的高度偏斜的非正常数据集构建。有几种技术是必要的，例如数据转换，以实现具有此数据集的良好多个线性回归模型;讨论了最有用的技术。利用这些技术，最佳的多元线性回归模型达到了R ^ 2 = 81.23％，并且没有对本研究中使用的数据集没有多种性效应。基于树的模型在此数据集上执行更好，因为它们是非参数，能够在变量之间处理复杂关系而不受彩细量的影响。我们在使用随机森林时，我们展示了袋装，减少了过度装备。我们最佳的基于树的模型实现了R ^ 2 = 97.73％的准确性。本研究解释了为什么基于树的回归应该作为非正常分布式多元图数据的机器学习模型。