本發(fā)明涉及一種可用于對(duì)核材料輻照后拉伸性能進(jìn)行預(yù)測(cè)的系統(tǒng)及預(yù)測(cè)方法，它依據(jù)用戶新輸入的實(shí)驗(yàn)條件預(yù)測(cè)出拉伸性能值，屬于核材料性能優(yōu)化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：核材料問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)聚變電站商業(yè)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題之一。聚變材料工作在高輻照、高溫等特殊工況下，現(xiàn)有技術(shù)是通過(guò)炒菜法進(jìn)行材料性能的優(yōu)化，即調(diào)整材料成分百分比，實(shí)驗(yàn)測(cè)試輻照后材料性能變化。或調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件后測(cè)試輻照后材料性能的變化。由于材料的制備及輻照實(shí)驗(yàn)的實(shí)施都有很高的時(shí)間開(kāi)銷和經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷，阻礙核材料性能優(yōu)化的發(fā)展。近年來(lái)有人開(kāi)始用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行核材料性能的預(yù)測(cè)，該方法的預(yù)測(cè)精度較高，但很大程度上依賴于人為對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的掌握程度，需要設(shè)置的參數(shù)多，參數(shù)的設(shè)置對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果具有很大影響，同時(shí)當(dāng)數(shù)據(jù)量不斷增加時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度會(huì)迅速下降。也有人用支持向量機(jī)方法對(duì)核材料性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，該方法進(jìn)行性能預(yù)測(cè)時(shí)，速度比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要快一些，但其預(yù)測(cè)精度會(huì)有所下降。因此，必須發(fā)展適用于核材料輻照后性能預(yù)測(cè)的新的系統(tǒng)，并且必須滿足以下要求：核材料輻照后拉伸性能預(yù)測(cè)速度更快；輻照后拉伸性能預(yù)測(cè)精度更高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決當(dāng)前核材料輻照后性能優(yōu)化所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可快速高精度預(yù)測(cè)核材料輻照后拉伸性能值的系統(tǒng)。本發(fā)明解決相關(guān)問(wèn)題所采用的方案如下：數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊：輸入項(xiàng)X需要進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)每列數(shù)據(jù)根據(jù)公式1)進(jìn)行預(yù)處理，2(X-Min22*Max-Min2)-1---(1)]]>將數(shù)據(jù)映射到[-1，1]的范圍，式1)中的Max和Min分別是每個(gè)輻照條件的最大值和最小值，預(yù)測(cè)目標(biāo)性能不需要進(jìn)行預(yù)處理。訓(xùn)練及測(cè)試模塊：本模塊將接收預(yù)處理后的數(shù)據(jù)集，隨機(jī)將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)集劃分成80％和20％，分別作為訓(xùn)練集和測(cè)試集。本模塊基于極限學(xué)習(xí)機(jī)方法用訓(xùn)練集構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，若用測(cè)試集進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度低于95％，則重新構(gòu)建模型并重新預(yù)測(cè)。若重復(fù)預(yù)測(cè)20次均無(wú)法獲得滿足精度要求的預(yù)測(cè)模型，系統(tǒng)將重新將訓(xùn)練集與測(cè)試集合并，并重新劃分訓(xùn)練集與測(cè)試集，重復(fù)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型并測(cè)試。若數(shù)據(jù)集反復(fù)隨機(jī)劃分20次仍無(wú)法獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，則退出系統(tǒng)，并提示輸入數(shù)據(jù)有誤。若預(yù)測(cè)精度高于95％，則將預(yù)測(cè)模型保存，并發(fā)送到預(yù)測(cè)模塊。其中預(yù)測(cè)精度由公式2)進(jìn)行計(jì)算。1-|Vp-Ve|Ve*100%---(2)]]>式(2)中Vp表示本模塊所構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型對(duì)輸入條件下的預(yù)測(cè)值，Ve表示輸入條件下的實(shí)驗(yàn)值。預(yù)測(cè)模塊：將訓(xùn)練及測(cè)試模塊所構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型用于新條件下的性能預(yù)測(cè)，得到新條件下的性能值。本發(fā)明系統(tǒng)主要包含三大步：第一步是將實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)集輸入到數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，由數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊根據(jù)式1)對(duì)數(shù)據(jù)集的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理后的數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練及預(yù)測(cè)模塊進(jìn)行預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建。第二步是將數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊輸出的數(shù)據(jù)集輸入到訓(xùn)練及測(cè)試模塊，訓(xùn)練及測(cè)試模塊將隨機(jī)將所收到的數(shù)據(jù)集分為80％和20％，分別叫做訓(xùn)練集和測(cè)試集，用于訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型及檢驗(yàn)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度。并將獲得的符合要求的預(yù)測(cè)模型輸出給預(yù)測(cè)模塊。預(yù)測(cè)精度值高于95％被認(rèn)為預(yù)測(cè)結(jié)果足夠好并可用于預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)精度根據(jù)公式2)進(jìn)行計(jì)算。第三步是將訓(xùn)練及預(yù)測(cè)模塊所輸出的預(yù)測(cè)模型輸入到預(yù)測(cè)模塊，根據(jù)經(jīng)用戶新輸入的條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得預(yù)測(cè)結(jié)果。其中用戶新輸入的數(shù)據(jù)也要經(jīng)過(guò)預(yù)處理模塊進(jìn)行預(yù)處理。所獲得結(jié)果可以很好的為核材料研究的實(shí)驗(yàn)提供參考，節(jié)省實(shí)驗(yàn)開(kāi)銷，縮短實(shí)驗(yàn)周期。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)在核材料輻照數(shù)據(jù)量非常少、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很難獲得的情況下，充分利用已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建符合核材料性能隨輻照條件變化規(guī)律的預(yù)測(cè)模型，通過(guò)智能方式提高核材料輻照實(shí)驗(yàn)的研究效率。(2)本發(fā)明是一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的核材料輻照后拉伸性能預(yù)測(cè)系統(tǒng)，首次將極限學(xué)習(xí)機(jī)算法應(yīng)用于核材料輻照后拉伸性能的預(yù)測(cè)，已構(gòu)建的模型可以實(shí)時(shí)對(duì)新輻照條件下的拉伸性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而大大降低核材料輻照后拉伸性能實(shí)驗(yàn)的開(kāi)銷和實(shí)驗(yàn)周期。(3)本發(fā)明是一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的核材料輻照后拉伸性能預(yù)測(cè)系統(tǒng)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬方法需要模擬人員具有豐富的核材料研究經(jīng)驗(yàn)，否則將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差很大。本系統(tǒng)采用的極限學(xué)習(xí)機(jī)方法參數(shù)隨機(jī)生成，降低了人為干預(yù)的影響，提高核材料輻照后拉伸性能預(yù)測(cè)的客觀性。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明涉及的一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的核材料輻照后拉伸性能預(yù)測(cè)系統(tǒng)工作流程圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和附表實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。多次實(shí)驗(yàn)證明，訓(xùn)練集樣本數(shù)超過(guò)12條時(shí)，預(yù)測(cè)精度較高，本系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)例的訓(xùn)練集樣本書(shū)均在20條以上。下面的附表說(shuō)明：表1為輻照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；表2為預(yù)處理后數(shù)據(jù)集；表3為所獲得的訓(xùn)練集；表4為所獲得的測(cè)試集；表5為新實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)集；表6為新實(shí)驗(yàn)條件下的預(yù)測(cè)結(jié)果。表7為輻照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；表8為預(yù)處理后數(shù)據(jù)集；表9為所獲得的訓(xùn)練集；表10為所獲得的測(cè)試集；表11為新實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)集；表12為新實(shí)驗(yàn)條件下的預(yù)測(cè)結(jié)果。實(shí)例一：核材料輻照后屈服強(qiáng)度預(yù)測(cè)系統(tǒng)總圖如圖1所示。用戶使用本系統(tǒng)，輸入屈服強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中所積累的數(shù)據(jù)到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，實(shí)例中輸入的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊將自動(dòng)獲取輻照劑量和輻照溫度兩個(gè)條件列的最大值和最小值，依據(jù)公式1)對(duì)輻照劑量和輻照溫度進(jìn)行預(yù)處理，其中屈服強(qiáng)度不需要預(yù)處理。預(yù)處理之后得到數(shù)據(jù)如表2。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊完成預(yù)處理操作后，將數(shù)據(jù)如表2傳送到訓(xùn)練及測(cè)試模塊。訓(xùn)練及測(cè)試模塊隨機(jī)將收到的數(shù)據(jù)集表2劃分成80％和20％，分別作為訓(xùn)練集如表3和測(cè)試集如表4。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用訓(xùn)練集構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，若用測(cè)試集進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度低于95％，則重新構(gòu)建模型并重新預(yù)測(cè)。若重復(fù)預(yù)測(cè)20次均無(wú)法獲得滿足精度要求的預(yù)測(cè)模型，系統(tǒng)將重新將訓(xùn)練集與測(cè)試集合并，并重新劃分訓(xùn)練集與測(cè)試集，重復(fù)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型并測(cè)試。若數(shù)據(jù)集反復(fù)隨機(jī)劃分20次仍無(wú)法獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，則退出系統(tǒng)，并提示輸入數(shù)據(jù)有誤。若預(yù)測(cè)精度高于95％，則將預(yù)測(cè)模型保存，并發(fā)送到預(yù)測(cè)模塊。預(yù)測(cè)模塊接收到預(yù)測(cè)模型后，用戶輸入新的屈服強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)如表5，新的實(shí)驗(yàn)條件需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理模塊進(jìn)行預(yù)處理，然后由預(yù)測(cè)模型給出預(yù)測(cè)結(jié)果如表6。實(shí)例二：核材料輻照后抗拉強(qiáng)度預(yù)測(cè)系統(tǒng)總圖如圖1所示。用戶使用本系統(tǒng)，輸入抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中所積累的數(shù)據(jù)到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，實(shí)例中輸入的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊將自動(dòng)獲取輻照劑量和輻照溫度兩個(gè)條件列的最大值和最小值，依據(jù)公式1)對(duì)輻照劑量和輻照溫度進(jìn)行預(yù)處理，其中抗拉強(qiáng)度不需要預(yù)處理。預(yù)處理之后得到數(shù)據(jù)如表8。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊完成預(yù)處理操作后，將數(shù)據(jù)如表8傳送到訓(xùn)練及測(cè)試模塊。訓(xùn)練及測(cè)試模塊隨機(jī)將收到的數(shù)據(jù)集表8劃分成80％和20％，分別作為訓(xùn)練集如表9和測(cè)試集如表10。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用訓(xùn)練集構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，若用測(cè)試集進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度低于95％，則重新構(gòu)建模型并重新預(yù)測(cè)。若重復(fù)預(yù)測(cè)20次均無(wú)法獲得滿足精度要求的預(yù)測(cè)模型，系統(tǒng)將重新將訓(xùn)練集與測(cè)試集合并，并重新劃分訓(xùn)練集與測(cè)試集，重復(fù)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型并測(cè)試。若數(shù)據(jù)集反復(fù)隨機(jī)劃分20次仍無(wú)法獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，則退出系統(tǒng)，并提示輸入數(shù)據(jù)有誤。若預(yù)測(cè)精度高于95％，則將預(yù)測(cè)模型保存，并發(fā)送到預(yù)測(cè)模塊。預(yù)測(cè)模塊接收到預(yù)測(cè)模型后，用戶輸入新的抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)如表11，新的實(shí)驗(yàn)條件需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理模塊進(jìn)行預(yù)處理，然后由預(yù)測(cè)模型給出預(yù)測(cè)結(jié)果如表12。以下為輻照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要表征不同輻照劑量、不同輻照溫度下的材料屈服強(qiáng)度，如表1所示。表1輻照后屈服強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一的預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的數(shù)據(jù)集，見(jiàn)表2所示。表2預(yù)處理后數(shù)據(jù)集從表2中選取80％的數(shù)據(jù)，作為性能預(yù)測(cè)的訓(xùn)練集，如表3所示。表3訓(xùn)練集編號(hào)屈服強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.611.8-0.648205128-0.8367346942.631.49-0.648717949-0.8367346943.705.77-0.814358974-0.8367346944.734.41-0.471794872-0.8367346945.745.35-0.471794872-0.8367346946.826.43-0.241025641-0.7959183677.839.52-0.297435897-0.7959183678.644.52-0.8071794870.1836734699.662.09-0.6933333330.18367346910.747.45-0.6189743590.18367346911.773.72-0.5876923080.18367346912.811.09-0.2769230770.18367346913.870.08-0.3948717950.18367346914.850.48-0.2615384620.18367346915.894.2-0.2974358970.18367346916.889.87-0.2307692310.18367346917.907.38-0.2153846150.18367346918.1043.350.3487179490.18367346919.1060.930.4769230770.18367346920.1078.430.4820512820.183673469從表2中選取20％的數(shù)據(jù)，作為性能預(yù)測(cè)的測(cè)試集，如表4所示。表4測(cè)試集新輻照實(shí)驗(yàn)條件下的屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)集如表5所示。表5新實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)集編號(hào)屈服強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.11.31002.11.61003.11.82004.11.9200新的實(shí)驗(yàn)輻照溫度、輻照劑量下的屈服強(qiáng)度結(jié)果如表6所示。表6新實(shí)驗(yàn)條件下預(yù)測(cè)結(jié)果編號(hào)屈服強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.787.071.31002.8401.61003.893.281.82004.909.121.9200輻照后，在不同輻照劑量以及輻照溫度下的拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。表7輻照后抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后的結(jié)果見(jiàn)表8所示。表8預(yù)處理后數(shù)據(jù)集對(duì)于抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取80％作為訓(xùn)練集，見(jiàn)表9所示。表9訓(xùn)練集編號(hào)抗拉強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.711.733-0.88212-0.764712.762.504-0.98566-0.764713.760.79-0.88212-0.764714.770.41-0.77061-0.764715.821.36-0.76663-0.764716.831.034-0.62326-0.705887.847.962-0.65512-0.705888.853.635-0.64715-0.705889.705.329-0.981420.70588210.697.806-0.917590.70588211.748.589-0.861730.70588212.773.041-0.841790.70588213.814.42-0.650290.70588214.840.752-0.682210.70588215.870.846-0.72210.70588216.863.323-0.638320.70588217.900.94-0.658270.70588218.893.417-0.614380.70588219.908.464-0.614380.70588220.908.464-0.606410.70588221.1047.65-0.251340.70588222.1066.46-0.171550.70588223.1081.5-0.167560.70588224.1163.880.9697320.852941對(duì)于抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取20％作為訓(xùn)練集，見(jiàn)表10所示。表10測(cè)試集編號(hào)抗拉強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.745.696-0.8821187-0.7647058822.846.095-0.643171-0.7058823533.718.495-0.93753550.7058823534.897.179-0.66225810.705882353用戶輸入新的不同輻照條件下的抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)如表12所示。表11新實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)集編號(hào)抗拉強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.11.3802.11.51003.11.62004.11.8200在新的輻照條件下獲得的抗拉強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表12所示。表12新實(shí)驗(yàn)條件下預(yù)測(cè)結(jié)果編號(hào)抗拉強(qiáng)度(Mpa)輻照劑量(dpa)輻照溫度(℃)1.768.071.3802.750.321.51003.823.461.62004.789.121.8200當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3