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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2409.00485 (cs)
[提交于 2024年8月31日 ]

标题: 推进第四次工业革命中的机器学习:化学过程罕见事件预测的基准框架

标题: Advancing Machine Learning in Industry 4.0: Benchmark Framework for Rare-event Prediction in Chemical Processes

Authors:Vikram Sudarshan, Warren D. Seider
摘要: 此前,我们利用前向通量采样(FFS)和机器学习(ML),开发了多变量报警系统以应对罕见的未预测异常事件。 我们的报警系统利用基于ML的预测模型,将触发概率量化为关键工艺变量(例如温度、浓度等)的函数,这些数据来自FFS模拟。 在此,我们引入了一个新颖且全面的基准框架,用于罕见事件预测,比较了不同复杂度的ML算法,包括线性支持向量回归器和k近邻算法,以及更复杂的算法,如随机森林、XGBoost、LightGBM、CatBoost、密集神经网络和TabNet。 此评估使用综合性能指标,如:$\textit{RMSE}$、模型训练、测试、超参数调优和部署时间,以及报警的数量和效率。 这些指标平衡了模型准确性、计算效率和报警系统效率,识别出用于预测异常罕见事件的最佳ML策略,使操作员能够实现更安全和可靠的工厂运行。
摘要: Previously, using forward-flux sampling (FFS) and machine learning (ML), we developed multivariate alarm systems to counter rare un-postulated abnormal events. Our alarm systems utilized ML-based predictive models to quantify committer probabilities as functions of key process variables (e.g., temperature, concentrations, and the like), with these data obtained in FFS simulations. Herein, we introduce a novel and comprehensive benchmark framework for rare-event prediction, comparing ML algorithms of varying complexity, including Linear Support-Vector Regressor and k-Nearest Neighbors, to more sophisticated algorithms, such as Random Forests, XGBoost, LightGBM, CatBoost, Dense Neural Networks, and TabNet. This evaluation uses comprehensive performance metrics, such as: $\textit{RMSE}$, model training, testing, hyperparameter tuning and deployment times, and number and efficiency of alarms. These balance model accuracy, computational efficiency, and alarm-system efficiency, identifying optimal ML strategies for predicting abnormal rare events, enabling operators to obtain safer and more reliable plant operations.
评论: 这是一篇预印本,是我们即将提交至《Computers and Chemical Engineering Journal》发表的手稿。页数:22页(包括附录和参考文献)。图表:9个(主文档)+ 3个(附录)。表格:3个(主文档)+ 3个(附录)。
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 计算工程、金融与科学 (cs.CE); 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2409.00485 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2409.00485v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.00485
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Vikram Sudarshan [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2024 年 8 月 31 日 15:41:10 UTC (2,188 KB)
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