Гибридные алгоритмы машинного обучения для прогнозирования количественного состава алюминиевых сплавов методом лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии

Проведен количественный анализ образцов алюминия с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (LIBS) и различных классических подходов к машинному обучению. Nd:YAG-лазер с модулятором добротности на основной гармонике 1064 нм используется для создания плазмы LIBS Для прогнозирования концентраций составляющих стандартных алюминиевых сплавов. Прогнозирование концентрации выполнено с помощью линейных подходов регрессии опорных векторов (SVR), множественной линейной регрессии (MLR), анализа главных компонент (PCA), интегрированного с MLR (PCA-MLR) и SVR (PCA-SVR), а также нелинейных алгоритмов искусственной нейронной сети (ANN), ядерной регрессии опорных векторов (KSVR) и объединения традиционного анализа главных компонент с KSVR (РСА-KSVR) и ANN (РСА-ANN). Для улучшения количественного анализа применяется уменьшение размерности к различным методологиям на основе алгоритма PCA. Комбинация PCA-KSVR показывает наибольшую эффективность в прогнозировании большинства элементов среди других классических алгоритмов машинного обучения.

1. F. Rezaei, G. Cristoforetti, E. Tognoni, S. Legnaioli, V. Palleschi, A. Safi, Spectrochim. Acta B: At. Spec- trosc., 169, 105878 (2020).

2. F. Rezaei, S. H. Tavassoli, Phys. Plasmas, 20, 013301 (2013).

3. S. Messaoud Aberkane, A. Safi, A. Botto, B. Campanella, S. Legnaioli, F. Poggialini, S. Raneri, F. Rezaei, V. Palleschi, Appl. Sci., 10, 4973 (2020).

4. F. Rezaei, Appl. Opt., 59, 3002 (2020).

5. F. Rezaei, P. Karimi, S. Tavassoli, Appl. Phys. B, 114, 591 (2014).

6. Y .Yang, C. Li, S. Liu, H. Min, C. Yan, M. Yang, J. Yu, Anal. Methods, 10 (2020).

7. M. Boueri, V. Motto-Ros, W.-Q. Lei, L.-J. Zheng, H.-P. Zeng, Appl. Spectrosc., 65, 307 (2011).

8. T. A. Labutin, A. M. Popov, S. N. Raikov, S. M. Zaytsev, N. A. Labutina, N. B. Zorov, J. Appl. Spectrosc., 80, 315-318 (2013)

9. D. Luarte, A. K. Myakalwar, M. Velasquez, J. Alvarez, C. Sandoval, R. Fuentes, J. Yanez, D. Sbarbaro, Anal. Methods, 9 (2021)

10. G. S. Senesi, R. A. Romano, B. S. Marangoni, G. Nicolodelli, P. R. Villas-Boas, V. M. Benites, D. M. B. P. Milori, J. Appl. Spectrosc., 84, 923-928 (2017).

11. F. F. Hilario, M. L. de Mello, E. R. Pereira-Filho, Anal. Methods, 2 (2021).

12. S. Chatterjee, M. Singh, B. Biswal, U. K. Sinha, S. Patbhaje, A. Sarkar, Anal. Bioanal. Chem. 9, 411 (2019).

13. Q. Q. Wang, L.A. He, Y. Zhao, Z. Peng, L. Liu, Laser. Phys., 26, 065605 (2016).

14. T. F. Boucher, M. V. Ozanne, M. L. Carmosino, M. D. Dyar, S. Mahadevan, E. A. Breves, K. H. Lepore, S. M. Clegg, Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 107, 1 (2015).

15. J. Huang, M. Dong, S. Lu, W. Li, J. Lu, C. Liu, J.H. Yoo, J. Anal. At. Spectrom., 33, 720 (2018).

16. S. Laville, M. Sabsabi, F. R. Doucet, Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 62, 1557 (2007).

17. J. Wang, S. Xue, P. Zheng, Y. Chen, R. Peng, Anal. Lett., 2017, 50 (2000).

18. K. K. Ayyalasomayajula, V. Dikshit, F. Y. Yueh, J. P. Singh, L. T. Smith, Anal. Bioanal. Chem., 400, 3315 (2011).

19. V. K. Unnikrishnan, K. S. Choudhari, Suresh D. Kulkarni, R. Nayak, V. B. Kartha, C. Santhosh, RSC Adv., 3, 25872-25880 (2013).

20. E. C. Ferreira, D. M. B. P. Milori, E. J. Ferreira, R. M. Da Silva, L. Martin-Neto, Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 63, 1216-1220 (2008).

21. M. Dong, L. Wei, J. Lu, W. Li, S. Lu, S. Li, C. Liu, J. H. Yoo, J. Anal. At. Spectrom., 34, 480-488 (2019).

22. A. Safi, S. H. Tavassoli, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi, F. Rezaei, E. Tognoni, J. Adv. Res., 18, 1 (2019).

23. H. Nozari, F. Rezaei, S. H. Tavassoli, Phys. Plasmas, 22, 093302 (2015).

24. T. F. Boucher, M. V. Ozanne, M. L. Carmosino, M. D. Dyar, S. Mahadevan, E. A. Breves, K. Lepore, Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 107, 1-10 (2015).

25. A. J. Smola, B. Scholkopf, Statist. Comput., 14, 199 (2004).

26. S. Thomas, G. N. Pillai, K. Pal, Geomat. Nat. Hazards Risk, 8, 177 (2017).

27. S. Shokri, M. T. Sadeghi, M. A. Marvast, S. Narasimhan, Chem. Ind. Chem. Eng. Q, 21, 379 (2015).

28. X. Ma, Y. Zhang, H. Cao, S. Zhang, Y. Zhou, J. Spectrosc. (2018).

29. M. Rezaei, S. Chaharsooghi, A. Kashan, R. Babazadeh, Int. J. Environ. Sci. Technol, 17, 3241 (2020).

30. A. Pouliakis, E. Karakitsou, N. Margari, P. Bountris, M. Haritou, J. Panayiotides, D. Koutsouris, P. Karakitsos, Biomed. Eng. Comput. Biol., 7 (2016).

31. A. Nikkhah, A. Rohani, K. A. Rosentrater, M. El Haj Assad, S. Ghnimi, Environ. Prog. Sustain, 38, 13130 (2019).

32. E. C. Ferreira, J. A. G. Neto, D. M. B. P. Milori, E. J. Ferreira, J. M. Anzano, Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 110, 96 (2015).

33. H. Qin, Z. Lu, S. Yao, Z. Liab, J. Lu, JAAS, 34, 347 (2019).

34. E. D'Andrea, S. Pagnotta, E. Grifoni, G. Lorenzetti, S. Legnaioli, V. Palleschi, B. Lazzerini, Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 99, 52 (2014).

35. J. P. Castro, D. V. Babos, E. R. Pereira-Filho, Talanta, 208, 120443 (2020).

36. J. Zhang, R. Li, X. Zhang, Y. Bai, P. Cao, P. Hua, Sci. Total Environ., 649, 1314 (2019).

37. X. Jin, Y. Zhang, D. Yao, Int. Symposium on Neural Networks, 1022-1031 (2007).

38. X. Cui, Q. Wang, Y. Zhao, X. Qiao, G. Teng, Appl. Phys. B, 125, 56 (2019).

39. S. Chutani, A. Goyal, Multimed Tools Appl., 77, 7447 (2018).

40. R. Noori, A. Karbassi, M. S. Sabahi, J. Environ. Manage, 91, 767 (2010).

41. B. G. Alhassan, F. B. Yusof, S. M. Norrulashikin, IJMH, 4, 40-48 (2020).

42. V. Singh, I. Gupta, H. Gupta, Eng. Appl. Artific. Intell., 20, 249 (2007).

43. S. K. Chaharsooghi, M. Rezaei, Int. J. Serv. Oper. Manag., 25, 120 (2016).

44. M. Dorofki, A. H. Elshafie, O. Jaafar, O. A. Karim, S. Mastura, Int. Proc. Chem. Biol. Environ, 33, 39 (2012).

45. M. A. Shafi, N. Hamzah, 4th Int. Power Engineering and Optimization Conference, 352 (2010).

46. F. Rezaei, Plasma Science and Technology: Progress in Physical States and Chemical Reactions, 363 (2016).

47. W. Zhang, S.-Y. Tang, Y.-F. Zhu, W.-P. Wang, World Acad. Sci. Eng. Technol., 41, 933 (2010).

48. D. Z. Antanasijevic, M. D. Ristic, A. A. Peric-Grujic, V. V. Pocajt, Int. J. Green. Gas Control, 20, 244 (2014).

49. I. Babaoglu, O. Findik, M. Bayrak, Expert Syst. Appl., 37, 2182 (2010).

50. V. M. Janakiraman, X. Nguyen, D. Assanis, Appl. Soft Comput., 13, 2375 (2013).