Advanced hybrid LSTM-transformer architecture for real-time multi-task prediction in engineering systems

计算机科学 建筑 变压器 人工智能 机器学习 适应性 稳健性(进化) 预测建模 分布式计算 工程类 艺术 电压 电气工程 视觉艺术 生态学 生物化学 化学 基因 生物
作者
Kaiwen Cao,Ting Zhang,J. S. Huang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 4890-4890 被引量:80
标识
DOI:10.1038/s41598-024-55483-x
摘要

In the field of engineering systems-particularly in underground drilling and green stormwater management-real-time predictions are vital for enhancing operational performance, ensuring safety, and increasing efficiency. Addressing this niche, our study introduces a novel LSTM-transformer hybrid architecture, uniquely specialized for multi-task real-time predictions. Building on advancements in attention mechanisms and sequence modeling, our model integrates the core strengths of LSTM and Transformer architectures, offering a superior alternative to traditional predictive models. Further enriched with online learning, our architecture dynamically adapts to variable operational conditions and continuously incorporates new field data. Utilizing knowledge distillation techniques, we efficiently transfer insights from larger, pretrained networks, thereby achieving high predictive accuracy without sacrificing computational resources. Rigorous experiments on sector-specific engineering datasets validate the robustness and effectiveness of our approach. Notably, our model exhibits clear advantages over existing methods in terms of predictive accuracy, real-time adaptability, and computational efficiency. This work contributes a pioneering predictive framework for targeted engineering applications, offering actionable insights into.
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