Predicting the Compressive Strength of Ultra-High-Performance Concrete Based on Machine Learning Optimized by Meta-Heuristic Algorithm

元启发式 抗压强度 启发式 计算机科学 算法 机器学习 人工智能 材料科学 复合材料
作者
Yuanyuan Li,Xinxin Yang,Changyun Ren,Linglin Wang,Xiliang NING
出处
期刊:Buildings [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (5): 1209-1209 被引量:38
标识
DOI:10.3390/buildings14051209
摘要

Ultra-high-performance concrete (UHPC) is a recently developed material which has attracted considerable attention in the field of civil engineering because of its outstanding characteristics. One of the key factors in concrete design is the compressive strength (CS) of UHPC. As one of the most potent tools in artificial intelligence (AI), machine learning (ML) can accurately predict concrete’s mechanical properties. Hyperparameter tuning is crucial in ensuring the prediction model’s reliability. However, it is a complex work. The purpose of this study is to optimize the CS prediction method for UHPC. Three ML methods, random forest (RF), support vector machine (SVM), and k-nearest neighbor (KNN), are selected to predict the CS of UHPC. Among them, the RF model demonstrates superior predictive accuracy, with the testing dataset R2 of 0.8506. In addition, three meta-heuristic optimization algorithms, particle swarm optimization (PSO), beetle antenna search (BAS), and snake optimization (SO), are utilized to optimize the prediction model hyperparameters. The R2 values for the testing dataset of SO-RF, PSO-RF, and BAS-RF are 0.9147, 0.8529, and 0.8607, respectively. The results indicate that SO-RF exhibits the highest predictive performance. Furthermore, the importance of input parameters is evaluated, and the findings prove the feasibility of the SO-RF model. This research enriches the prediction method of the CS of UHPC.

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