Development of machine learning models for forecasting the strength of resilient modulus of subgrade soil: genetic and artificial neural network approaches

Scientific Reports, 2024

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1038/s41598-024-69316-4
Деректер сенімділігі 85 жоғары
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Accurately predicting the Modulus of Resilience (M R ) of subgrade soils, which exhibit non-linear stress–strain behaviors, is crucial for effective soil assessment. Traditional laboratory techniques for determining M R are often costly and time-consuming. This study explores the efficacy of Genetic Programming (GEP), Multi-Expression Programming (MEP), and Artificial Neural Networks (ANN) in forecasting MR using 2813 data records while considering six key parameters. Several Statistical assessments were utilized to evaluate model accuracy. The results indicate that the GEP model consistently outperforms MEP and ANN models, demonstrating the lowest error metrics and highest correlation indices (R 2 ). During training, the GEP model achieved an R 2 value of 0.996, surpassing the MEP (R 2 = 0.97) and ANN (R 2 = 0.95) models. Sensitivity and SHAP (SHapley Additive exPlanations) analysis were also performed to gain insights into input parameter significance. Sensitivity analysis revealed that confining stress (21.6%) and dry density (26.89%) are the most influential parameters in predicting MR. SHAP analysis corroborated these findings, highlighting the critical impact of these parameters on model predictions. This study underscores the reliability of GEP as a robust tool for precise M R prediction in subgrade soil applications, providing valuable insights into model performance and parameter significance across various machine-learning (ML) approaches.