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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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基于机器学习回归模型的UHPC抗压强度预测研究
Compressive strength prediction of UHPC based on machine learning regression model
2023年第12期
超高性能混凝土;抗压强度;随机森林回归;支持向量机回归;多层感知机回归
Ultra-high performance concrete(UHPC); Compressive strength; Random Forest Regression; Support Vector Machine Regression; Multilayer Perceptron Regression
2023年第12期
10.19761/j.1000-4637.2023.12.023.06
代柱端1,陈 健2,周晓阳1
1.武汉优城科技有限公司,湖北 武汉 430080;2.湖北筑选新材料有限公司,湖北 武汉 430300

代柱端1,陈 健2,周晓阳1

代柱端,陈健,周晓阳.基于机器学习回归模型的UHPC抗压强度预测研究[J].混凝土与水泥制品,2023(12):23-27,33.

DAI Z D,CHEN J,ZHOU X Y,et al.Compressive strength prediction of UHPC based on machine learning regression model[J].China Concrete and Cement Products,2023(12):23-27,33.

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摘   要:以超高性能混凝土(UHPC)组成原材料中的水泥、矿粉、硅灰、钢纤维、减水剂、消泡剂和水的用量为特征,28 d抗压强度为标签建立了数据集,并采用随机森林回归(RFR)、支持向量机回归(SVR)和多层感知机回归(MLPR)3种机器学习回归模型对数据集进行了训练和预测。结果表明:MLPR模型的拟合优度最高;RFR模型中对UHPC 的28 d抗压强度影响相对较大的3个因素为硅灰、水泥和水的用量;SVR模型和MLPR模型的预测值均落在5%置信区间内,回归效果均较理想。 Abstract: The data set was established with the dosages of cement, mineral powder, silica fume, steel fiber, water reducer, defoamer and water in the constituent raw materials of UHPC as the characteristics, and the 28 d compressive strength as the label, and three machine learning regression models of Random Forest Regression (RFR), Support Vector Machine Regression (SVR) and Multilayer Perceptron Regression(MLPR) were used to train and predict the data set. The results show that the MLPR model has the highest goodness of fit. The three factors in the RFR model that have a relatively large influence on the 28 d compressive strength of UHPC are the dosages of silica fume, cement and water. The predict values of the SVR model and the MLPR model both fall within the 5% confidence interval, and the regression effect of the two models are relatively ideal.
英文名 : Compressive strength prediction of UHPC based on machine learning regression model
刊期 : 2023年第12期
关键词 : 超高性能混凝土;抗压强度;随机森林回归;支持向量机回归;多层感知机回归
Key words : Ultra-high performance concrete(UHPC); Compressive strength; Random Forest Regression; Support Vector Machine Regression; Multilayer Perceptron Regression
刊期 : 2023年第12期
DOI : 10.19761/j.1000-4637.2023.12.023.06
文章编号 :
基金项目 :
作者 : 代柱端1,陈 健2,周晓阳1
单位 : 1.武汉优城科技有限公司,湖北 武汉 430080;2.湖北筑选新材料有限公司,湖北 武汉 430300

代柱端1,陈 健2,周晓阳1

代柱端,陈健,周晓阳.基于机器学习回归模型的UHPC抗压强度预测研究[J].混凝土与水泥制品,2023(12):23-27,33.

DAI Z D,CHEN J,ZHOU X Y,et al.Compressive strength prediction of UHPC based on machine learning regression model[J].China Concrete and Cement Products,2023(12):23-27,33.

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文

摘   要:以超高性能混凝土(UHPC)组成原材料中的水泥、矿粉、硅灰、钢纤维、减水剂、消泡剂和水的用量为特征,28 d抗压强度为标签建立了数据集,并采用随机森林回归(RFR)、支持向量机回归(SVR)和多层感知机回归(MLPR)3种机器学习回归模型对数据集进行了训练和预测。结果表明:MLPR模型的拟合优度最高;RFR模型中对UHPC 的28 d抗压强度影响相对较大的3个因素为硅灰、水泥和水的用量;SVR模型和MLPR模型的预测值均落在5%置信区间内,回归效果均较理想。

Abstract: The data set was established with the dosages of cement, mineral powder, silica fume, steel fiber, water reducer, defoamer and water in the constituent raw materials of UHPC as the characteristics, and the 28 d compressive strength as the label, and three machine learning regression models of Random Forest Regression (RFR), Support Vector Machine Regression (SVR) and Multilayer Perceptron Regression(MLPR) were used to train and predict the data set. The results show that the MLPR model has the highest goodness of fit. The three factors in the RFR model that have a relatively large influence on the 28 d compressive strength of UHPC are the dosages of silica fume, cement and water. The predict values of the SVR model and the MLPR model both fall within the 5% confidence interval, and the regression effect of the two models are relatively ideal.

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(1)在RFR模型中,将决策树的最大深度max_depth、迭代次数n_estimators分别设置为8和294后,模型回归效果最优(R2=0.896 6),对RFR模型贡献最大的3个特征分别为硅灰用量、水泥用量和水用量。
(2)在SVR模型中,将核函数设置为高斯径向核函数(rbf),核函数宽度gamma设置为0.06,错误项的惩罚因子C设置为8,模型的回归效果最优(R2=0.939 7)。
(3)在MLPR模型中,设置1个隐藏层(节点数为9),使用Adam优化器(学习率learning_rate设置为0.001),经运行后拟合优度R2可达0.948 5。
(4)从3种模型对测试集的预测结果可知,当设置置信区间为5%时,SVR模型和MLPR模型的预测值都落在置信区间内,RFR模型仅有一个点落在置信区间外,即SVR模型和MLPR模型的回归效果均比较理想。

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代柱端,陈健,周晓阳.基于机器学习回归模型的UHPC抗压强度预测研究[J].混凝土与水泥制品,2023(12):23-27,33.

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