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Uniformingthe dimensionality of data with neural networks for material informatics

Hiroshi Ohno

Applied SoftComputing

材料信息學(xué)是材料科學(xué)中的一個(gè)正在發(fā)展的領(lǐng)域。材料科學(xué)家開(kāi)始采用軟計算技術(shù)發(fā)現新材料。為了應用這些技術(shù)，必須選擇決定材料性能的描述符（在計算機科學(xué)中被稱(chēng)之為特征）。作為一個(gè)描述材料的方法，材料中每個(gè)元素的性質(zhì)將直接用作輸入變量的特征。根據材料中元素的數量，輸入的維數可能不同。因此，在具有不同元素數量的材料中應用同樣的諸如回歸或區分模型是不可能的。在本文中，我們提出了一種新的允許回歸或區分任務(wù)實(shí)施軟計算技術(shù)的統一輸入維度方法。所提出的方法的主要貢獻是為不同尺寸的輸入向量提供了統一的維數解決方案。該方法采用的去噪編碼是Vincent等人在2008年采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )給出的一個(gè)統一輸入維度的潛在表示的變體。在本研究的實(shí)驗中，我們考慮了離子電導率和儲氫材料的化合物。實(shí)驗的結果表明，利用該方法獲得的統一潛在數據可以完成回歸任務(wù)，另外，在潛在數據的聚類(lèi)任務(wù)中，我們觀(guān)察到的數據空間中的距離保護，也是去噪自編碼中存在的情況。這一結果可能支持在廣泛的應用領(lǐng)域中采用本文提出的研究方法。

圖1：線(xiàn)性回歸任務(wù)的結果：（a）本文提出的方法；（b）多層自編碼；（c）降噪自編碼；（d）核心PCA。X軸表示實(shí)際輸出，y軸表示線(xiàn)性模型的估計輸出。

圖2：使用統一數據作為輸入的離子電導率進(jìn)行回歸任務(wù)的結果。X軸表示的實(shí)際輸出，Y軸表示估計線(xiàn)性模型的輸出。

圖3：對距離保護的評價(jià)結果：本文提出的方法（固體）和去噪自編碼（虛線(xiàn)）。匹配率E表示原始數據集與潛在數據集之間的類(lèi)分配率。X軸表示類(lèi)的個(gè)數。誤差欄顯示標準偏差。

原文鏈接：

http://news.matlink.com.cn/pdf/uniforming_the_dimensionality_of_data.pdf

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