This paper demonstrates how Automated Machine Learning (AutoML) methods can be used as effective surrogate models in engineering design problems. To do so, we consider the challenging problem of structurally-performant bicycle frame design and demonstrate across-the-board dominance by AutoML in regression and classification surrogate modeling tasks. We also introduce FRAMED -- a parametric dataset of 4500 bicycle frames based on bicycles designed by practitioners and enthusiasts worldwide. Accompanying these frame designs, we provide ten structural performance values such as weight, displacements under load, and safety factors computed using finite element simulations for all the bicycle frame designs. We formulate two challenging test problems: a performance-prediction regression problem and a feasibility-prediction classification problem. We then systematically search for optimal surrogate models using Bayesian hyperparameter tuning and neural architecture search. Finally, we show how a state-of-the-art AutoML method can be effective for both regression and classification problems. We demonstrate that the proposed AutoML models outperform the strongest gradient boosting and neural network surrogates identified through Bayesian optimization by an improved F1 score of 24\% for classification and reduced mean absolute error by 12.5\% for regression. Our work introduces a dataset for bicycle design practitioners, provides two benchmark problems for surrogate modeling researchers, and demonstrates the advantages of AutoML in machine learning tasks. The dataset and code are provided at \url{http://decode.mit.edu/projects/framed/}.

近年来，随着传感器和智能设备的广泛传播，物联网（IoT）系统的数据生成速度已大大增加。在物联网系统中，必须经常处理，转换和分析大量数据，以实现各种物联网服务和功能。机器学习（ML）方法已显示出其物联网数据分析的能力。但是，将ML模型应用于物联网数据分析任务仍然面临许多困难和挑战，特别是有效的模型选择，设计/调整和更新，这给经验丰富的数据科学家带来了巨大的需求。此外，物联网数据的动态性质可能引入概念漂移问题，从而导致模型性能降解。为了减少人类的努力，自动化机器学习（AUTOML）已成为一个流行的领域，旨在自动选择，构建，调整和更新机器学习模型，以在指定任务上实现最佳性能。在本文中，我们对Automl区域中模型选择，调整和更新过程中的现有方法进行了审查，以识别和总结将ML算法应用于IoT数据分析的每个步骤的最佳解决方案。为了证明我们的发现并帮助工业用户和研究人员更好地实施汽车方法，在这项工作中提出了将汽车应用于IoT异常检测问题的案例研究。最后，我们讨论并分类了该领域的挑战和研究方向。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

飞机行业不断努力在人类的努力，计算时间和资源消耗方面寻求更有效的设计优化方法。当替代模型和最终过渡到HF模型的开关机制均被正确校准时，混合替代物优化保持了高效果，同时提供快速的设计评估。前馈神经网络（FNN）可以捕获高度非线性输入输出映射，从而为飞机绩效因素提供有效的替代物。但是，FNN通常无法概括分布（OOD）样本，这阻碍了它们在关键飞机设计优化中的采用。通过Smood，我们基于平滑度的分布检测方法，我们建议用优化的FNN替代物来编码一个依赖模型的OOD指标，以产生具有选择性但可信度的预测的值得信赖的替代模型。与常规的不确定性接地方法不同，Smood利用了HF模拟的固有平滑性特性，可以通过揭示其可疑敏感性有效地暴露OOD，从而避免对OOD样品的过度自信不确定性估计。通过使用SMOOD，仅将高风险的OOD输入转发到HF模型以进行重新评估，从而以低开销成本获得更准确的结果。研究了三个飞机性能模型。结果表明，基于FNN的代理在预测性能方面优于其高斯过程。此外，在所有研究案例中，Smood的确覆盖了85％的实际OOD。当Smood Plus FNN替代物被部署在混合替代优化设置中时，它们的错误率分别降低了34.65％和计算速度的降低率分别为58.36次。

血浆定义为物质的第四个状态，在高电场下可以在大气压下产生非热血浆。现在众所周知，血浆激活液体（PAL）的强和广谱抗菌作用。机器学习（ML）在医疗领域的可靠适用性也鼓励其在等离子体医学领域的应用。因此，在PALS上的ML应用可以提出一种新的观点，以更好地了解各种参数对其抗菌作用的影响。在本文中，通过使用先前获得的数据来定性预测PAL的体外抗菌活性，从而介绍了比较监督的ML模型。进行了文献搜索，并从33个相关文章中收集了数据。在所需的预处理步骤之后，将两种监督的ML方法（即分类和回归）应用于数据以获得微生物灭活（MI）预测。对于分类，MI分为四类，对于回归，MI被用作连续变量。为分类和回归模型进行了两种不同的可靠交叉验证策略，以评估所提出的方法。重复分层的K折交叉验证和K折交叉验证。我们还研究了不同特征对模型的影响。结果表明，高参数优化的随机森林分类器（ORFC）和随机森林回归者（ORFR）分别比其他模型进行了分类和回归的模型更好。最后，获得ORFC的最佳测试精度为82.68％，ORFR的R2为0.75。 ML技术可能有助于更好地理解在所需的抗菌作用中具有主要作用的血浆参数。此外，此类发现可能有助于将来的血浆剂量定义。

超参数优化构成了典型的现代机器学习工作流程的很大一部分。这是由于这样一个事实，即机器学习方法和相应的预处理步骤通常只有在正确调整超参数时就会产生最佳性能。但是在许多应用中，我们不仅有兴趣仅仅为了预测精度而优化ML管道；确定最佳配置时，必须考虑其他指标或约束，从而导致多目标优化问题。由于缺乏知识和用于多目标超参数优化的知识和容易获得的软件实现，因此通常在实践中被忽略。在这项工作中，我们向读者介绍了多个客观超参数优化的基础知识，并激励其在应用ML中的实用性。此外，我们从进化算法和贝叶斯优化的领域提供了现有优化策略的广泛调查。我们说明了MOO在几个特定ML应用中的实用性，考虑了诸如操作条件，预测时间，稀疏，公平，可解释性和鲁棒性之类的目标。

物理信息的神经网络（PINN）是神经网络（NNS），它们作为神经网络本身的组成部分编码模型方程，例如部分微分方程（PDE）。如今，PINN是用于求解PDE，分数方程，积分分化方程和随机PDE的。这种新颖的方法已成为一个多任务学习框架，在该框架中，NN必须在减少PDE残差的同时拟合观察到的数据。本文对PINNS的文献进行了全面的综述：虽然该研究的主要目标是表征这些网络及其相关的优势和缺点。该综述还试图将出版物纳入更广泛的基于搭配的物理知识的神经网络，这些神经网络构成了香草·皮恩（Vanilla Pinn）以及许多其他变体，例如物理受限的神经网络（PCNN），各种HP-VPINN，变量HP-VPINN，VPINN，VPINN，变体。和保守的Pinn（CPINN）。该研究表明，大多数研究都集中在通过不同的激活功能，梯度优化技术，神经网络结构和损耗功能结构来定制PINN。尽管使用PINN的应用范围广泛，但通过证明其在某些情况下比有限元方法（FEM）等经典数值技术更可行的能力，但仍有可能的进步，最著名的是尚未解决的理论问题。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。

比较不同的汽车框架是具有挑战性的，并且经常做错了。我们引入了一个开放且可扩展的基准测试，该基准遵循最佳实践，并在比较自动框架时避免常见错误。我们对71个分类和33项回归任务进行了9个著名的自动框架进行了详尽的比较。通过多面分析，评估模型的准确性，与推理时间的权衡以及框架失败，探索了自动框架之间的差异。我们还使用Bradley-terry树来发现相对自动框架排名不同的任务子集。基准配备了一个开源工具，该工具与许多自动框架集成并自动化经验评估过程端到端：从框架安装和资源分配到深入评估。基准测试使用公共数据集，可以轻松地使用其他Automl框架和任务扩展，并且具有最新结果的网站。

自动化封路计优化（HPO）已经获得了很大的普及，并且是大多数自动化机器学习框架的重要成分。然而，设计HPO算法的过程仍然是一个不系统和手动的过程：确定了现有工作的限制，提出的改进是 - 即使是专家知识的指导 - 仍然是一定任意的。这很少允许对哪些算法分量的驾驶性能进行全面了解，并且承载忽略良好算法设计选择的风险。我们提出了一个原理的方法来实现应用于多倍性HPO（MF-HPO）的自动基准驱动算法设计的原则方法：首先，我们正式化包括的MF-HPO候选的丰富空间，但不限于普通的HPO算法，然后呈现可配置的框架覆盖此空间。要自动和系统地查找最佳候选者，我们遵循通过优化方法，并通过贝叶斯优化搜索算法候选的空间。我们挑战是否必须通过执行消融分析来挑战所发现的设计选择或可以通过更加天真和更简单的设计。我们观察到使用相对简单的配置，在某些方式中比建立的方法更简单，只要某些关键配置参数具有正确的值，就可以很好地执行得很好。

超材料是复合材料，具有工程化几何微观和中间结构，可以导致罕见的物理性质，如负泊松的比例或超低剪切电阻。周期性超材料由重复单元 - 细胞组成，并且这些单元电池内的几何图案影响弹性或声波和控制分散的传播。在这项工作中，我们开发了一种新的可解释，多分辨率的机器学习框架，用于在揭示其动态特性的材料的单元单元中查找模式。具体而言，我们提出了两个新的超材料的新可解释表示，称为形状频率特征和单元 - 单元格模板。使用这些要素类构建的机器学习模型可以准确地预测动态材料属性。这些特征表示（特别是单个单元格模板）具有有用的属性：它们可以在更高分辨率的设计上运行。通过学习可以通过形状频率特征或单元 - 单元模板可靠地传送到更精细的分辨率设计空间的关键粗略尺度模式，我们几乎可以自由地设计单元单元的精细分辨率特征而不改变粗略级别物理。通过这种多分辨率方法，我们能够设计具有目标频率范围的材料，其中允许或不允许波传播（频率带盖）。我们的方法产生了重大好处：（1）与材料科学的典型机器学习方法不同，我们的模型是可解释的，（2）我们的方法利用多分辨率属性，（3）我们的方法提供了设计灵活性。

评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。

现在，整个研究社区都可以广泛使用机器学习（ML），它促进了这些新兴的数学技术在广泛学科中的新型和引人注目的应用的扩散。在本文中，我们将重点介绍一个特定的案例研究：古人类学领域，该领域旨在根据生物学和文化证据理解人类的演变。正如我们将表明的那样，ML算法的易用性以及在人类学研究界的适当使用方面缺乏专业知识，导致了整个文献中出现的基本错误应用。结果不可靠的结果不仅破坏了将ML合法纳入人类学研究的努力，而且还会对我们的人类进化和行为过去产生潜在的理解。本文的目的是简要介绍古人类学中ML的某些方式；我们还为那些与该领域完全熟悉的人提供了一些基本ML算法的调查，而该领域仍在积极发展。我们讨论了一系列的错误，错误和违反正确的ML方法方案的行为，这些方法经常在人类学文献的积累体内出现令人不安。这些错误包括使用过时的算法和实践；不适当的火车/测试拆分，样本组成和文本解释；以及由于缺乏数据/代码共享以及随后对独立复制的限制而缺乏透明度。我们断言，扩大样本，共享数据和代码，重新评估同行评审的方法，以及最重要的是，开发包括ML专家在内的跨学科团队对于将ML在人类学中纳入ML的未来研究的进步都是必要的。

Agent-based modeling (ABM) is a well-established paradigm for simulating complex systems via interactions between constituent entities. Machine learning (ML) refers to approaches whereby statistical algorithms 'learn' from data on their own, without imposing a priori theories of system behavior. Biological systems -- from molecules, to cells, to entire organisms -- consist of vast numbers of entities, governed by complex webs of interactions that span many spatiotemporal scales and exhibit nonlinearity, stochasticity and intricate coupling between entities. The macroscopic properties and collective dynamics of such systems are difficult to capture via continuum modelling and mean-field formalisms. ABM takes a 'bottom-up' approach that obviates these difficulties by enabling one to easily propose and test a set of well-defined 'rules' to be applied to the individual entities (agents) in a system. Evaluating a system and propagating its state over discrete time-steps effectively simulates the system, allowing observables to be computed and system properties to be analyzed. Because the rules that govern an ABM can be difficult to abstract and formulate from experimental data, there is an opportunity to use ML to help infer optimal, system-specific ABM rules. Once such rule-sets are devised, ABM calculations can generate a wealth of data, and ML can be applied there too -- e.g., to probe statistical measures that meaningfully describe a system's stochastic properties. As an example of synergy in the other direction (from ABM to ML), ABM simulations can generate realistic datasets for training ML algorithms (e.g., for regularization, to mitigate overfitting). In these ways, one can envision various synergistic ABM$\rightleftharpoons$ML loops. This review summarizes how ABM and ML have been integrated in contexts that span spatiotemporal scales, from cellular to population-level epidemiology.

石油场和地震成像的储层模拟被称为石油和天然气（O＆G）行业中高性能计算（HPC）最苛刻的工作量。模拟器数值参数的优化起着至关重要的作用，因为它可以节省大量的计算工作。最先进的优化技术基于运行大量模拟，特定于该目的，以找到良好的参数候选者。但是，在时间和计算资源方面，使用这种方法的成本高昂。这项工作提出了金枪鱼，这是一种新方法，可增强使用性能模型的储层流仿真的最佳数值参数的搜索。在O＆G行业中，通常使用不同工作流程中的模型合奏来减少与预测O＆G生产相关的不确定性。我们利用此类工作流程中这些合奏的运行来从每个模拟中提取信息，并在其后续运行中优化数值参数。为了验证该方法，我们在历史匹配（HM）过程中实现了它，该过程使用Kalman滤波器算法来调整储层模型的集合以匹配实际字段中观察到的数据。我们从许多具有不同数值配置的模拟中挖掘了过去的执行日志，并根据数据提取的功能构建机器学习模型。这些功能包括储层模型本身的属性，例如活动单元的数量，即模拟行为的统计数据，例如线性求解器的迭代次数。采样技术用于查询甲骨文以找到可以减少经过的时间的数值参数，而不会显着影响结果的质量。我们的实验表明，预测可以平均将HM工作流程运行时提高31％。

背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。

机器学习（ML）提供了在具有较大特征空间和复杂关联的数据中通常在数据中检测和建模关联的强大方法。已经开发了许多有用的工具/软件包（例如Scikit-learn），以使数据处理，处理，建模和解释的各种要素可访问。但是，对于大多数研究人员来说，将这些元素组装成严格，可复制，无偏见和有效的数据分析管道并不是微不足道的。自动化机器学习（AUTOML）试图通过简化所有人的ML分析过程来解决这些问题。在这里，我们介绍了一个简单，透明的端到端汽车管道，设计为一个框架，以轻松进行严格的ML建模和分析（最初限于二进制分类）。 Streamline专门设计用于比较数据集，ML算法和其他AutoML工具之间的性能。通过使用精心设计的一系列管道元素，通过提供完全透明且一致的比较基线，它是独特的，包括：（1）探索性分析，（2）基本数据清洁，（3）交叉验证分区，（4）数据缩放和插补，（5）基于滤波器的特征重要性估计，（6）集体特征选择，（7）通过15个已建立算法的“ Optuna”超参数优化的ML建模（包括较不知名的基因编程和基于规则的ML ），（8）跨16个分类指标的评估，（9）模型特征重要性估计，（10）统计显着性比较，以及（11）自动导出所有结果，图，PDF摘要报告以及可以轻松应用于复制数据。

Practical applications of mechanical metamaterials often involve solving inverse problems where the objective is to find the (multiple) microarchitectures that give rise to a given set of properties. The limited resolution of additive manufacturing techniques often requires solving such inverse problems for specific sizes. One should, therefore, find multiple microarchitectural designs that exhibit the desired properties for a specimen with given dimensions. Moreover, the candidate microarchitectures should be resistant to fatigue and fracture, meaning that peak stresses should be minimized as well. Such a multi-objective inverse design problem is formidably difficult to solve but its solution is the key to real-world applications of mechanical metamaterials. Here, we propose a modular approach titled 'Deep-DRAM' that combines four decoupled models, including two deep learning models (DLM), a deep generative model (DGM) based on conditional variational autoencoders (CVAE), and direct finite element (FE) simulations. Deep-DRAM (deep learning for the design of random-network metamaterials) integrates these models into a unified framework capable of finding many solutions to the multi-objective inverse design problem posed here. The integrated framework first introduces the desired elastic properties to the DGM, which returns a set of candidate designs. The candidate designs, together with the target specimen dimensions are then passed to the DLM which predicts their actual elastic properties considering the specimen size. After a filtering step based on the closeness of the actual properties to the desired ones, the last step uses direct FE simulations to identify the designs with the minimum peak stresses.

人工智能（AI）和机器学习（ML）的最新表现突破，尤其是深度学习的进步（DL），功能强大，易于使用的ML库（例如Scikit-Learn，Tensorflow，Pytorch。），Pytorch。，Pytorch。。核工程师对AI/ML的前所未有的兴趣，并增加了计算能力。对于基于物理学的计算模型，已经广泛研究了验证，验证和不确定性定量（VVUQ），并且已经开发了许多方法。但是，ML模型的VVUQ的研究相对较少，尤其是在核工程中。在这项工作中，我们专注于ML模型的UQ作为ML VVUQ的初步步骤，更具体地说，是Deep Neural Networks（DNNS），因为它们是用于回归和分类任务的最广泛使用的监督ML算法。这项工作旨在量化DNN的预测或近似不确定性，当它们用作昂贵的物理模型的替代模型时。比较了DNN UQ的三种技术，即Monte Carlo辍学（MCD），深层合奏（DE）和贝叶斯神经网络（BNNS）。两个核工程示例用于基准这些方法，（1）使用野牛代码的时间依赖性裂变气体释放数据，以及（2）基于BFBT基准测试的无效分数模拟使用痕量代码。发现这三种方法通常需要不同的DNN体系结构和超参数来优化其性能。 UQ结果还取决于可用培训数据的量和数据的性质。总体而言，所有这三种方法都可以提供对近似不确定性的合理估计。当平均预测接近测试数据时，不确定性通常较小，而BNN方法通常会产生比MCD和DE更大的不确定性。

Dataset scaling, also known as normalization, is an essential preprocessing step in a machine learning pipeline. It is aimed at adjusting attributes scales in a way that they all vary within the same range. This transformation is known to improve the performance of classification models, but there are several scaling techniques to choose from, and this choice is not generally done carefully. In this paper, we execute a broad experiment comparing the impact of 5 scaling techniques on the performances of 20 classification algorithms among monolithic and ensemble models, applying them to 82 publicly available datasets with varying imbalance ratios. Results show that the choice of scaling technique matters for classification performance, and the performance difference between the best and the worst scaling technique is relevant and statistically significant in most cases. They also indicate that choosing an inadequate technique can be more detrimental to classification performance than not scaling the data at all. We also show how the performance variation of an ensemble model, considering different scaling techniques, tends to be dictated by that of its base model. Finally, we discuss the relationship between a model's sensitivity to the choice of scaling technique and its performance and provide insights into its applicability on different model deployment scenarios. Full results and source code for the experiments in this paper are available in a GitHub repository.\footnote{https://github.com/amorimlb/scaling\_matters}