基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究

王俊红 杨赛 刘富成 吴贤国 张浩蔚

王俊红, 杨赛, 刘富成, 吴贤国, 张浩蔚. 基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
引用本文: 王俊红, 杨赛, 刘富成, 吴贤国, 张浩蔚. 基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
WANG Junhong, YANG Sai, LIU Fucheng, WU Xianguo, ZHANG Haowei. Prediction of Early Crack Resistance of Concrete Based on Random Forest Algorithm[J]. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science Edition), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
Citation: WANG Junhong, YANG Sai, LIU Fucheng, WU Xianguo, ZHANG Haowei. Prediction of Early Crack Resistance of Concrete Based on Random Forest Algorithm[J]. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science Edition), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026

基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究

doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
基金项目: 

国家自然科学基金项目(71571078,51778262);国家重点研发项目(2016YFC0800208)

详细信息
    作者简介:

    王俊红(1969-),女,河南信阳人,副教授,硕士,主要从事土木工程经济与管理研究.

    通讯作者:

    刘富成, 349549140@qq.com,870852150@qq.com

  • 中图分类号: TU528

Prediction of Early Crack Resistance of Concrete Based on Random Forest Algorithm

  • 摘要: 将随机森林(Random Forest)回归算法应用于混凝土早期抗裂性研究.以松通项目混凝土为例,基于大量文献和工程经验选取了7个主要影响因素的混凝土早期抗裂性指标体系.以原始数据建立训练样本集和测试集,通过计算基于Bootstrap自助重抽样得到的袋外数据(OOB)的模型误判率,确定随机森林预测模型的最优参数,并对影响因素进行重要性排序,利用Pearson相关性图分析各影响因素相关度,然后建立RF训练模型,输出模型训练集和预测集的预测拟合结果.通过RMSE和R2值分析模型的预测精度,并将预测结果与BP神经网络和小波神经网络模型对比.结果显示,随机森林预测模型误差最小,精度最高,验证了模型的准确性和可靠性.提出的随机森林预测模型为实现混凝土早期抗裂性预测提供了一种有效的方法.
  • [1] 张轶伦.聚丙烯纤维混凝土早期收缩与抗裂性能试验研究[D].杭州:浙江大学,2006. ZHANG Yilun. Experimental investigation on early-age shrinkage and cracking-resistance property in polypropylene fiber-reinforced concrete[D]. Hangzhou:Zhejiang University, 2006.
    [2] 张武满,孙伟.粗骨料对高性能混凝土早期自收缩的影响[J].硅酸盐学报,2009,37(4):631-636.

    ZHANG Wuman, SUN Wei. Effect of coarse aggregate on early age autogenous shrinkage of high performance concrete[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2009,37(4):631-636.
    [3] 肖建庄,胡博,丁陶.再生混凝土早期抗开裂性能试验研究[J].同济大学学报(自然科学版),2015,43(11):1649-1655. XIAO Jianzhuang, HU Bo, DING Tao.Test of cracking resistance of recycled aggregate concrete at early stage[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2015,43(11):1649-1655.
    [4] 李燕波,侍克斌,陈志峰,等.高温下高性能混凝土早期抗裂性能试验研究[J].人民黄河,2017,39(6):130-132

    ,137. LI Yanbo, SHI Kebin, CHEN Zhifeng, et al. Study on the early crack resistance of high performance concrete under the condition of high tempera curing[J]. Yellow River, 2017,39(6):130-132,137.
    [5] 周茗如,樊乐涛,于景龙,等.基于平板法纤维混凝土早期抗裂性能试验研究[J].硅酸盐通报,2016,35(8):2590-2595.

    ZHOU Mingru, FAN Letao, YU Jinglong, et al. Experimental study on early cracking resistance of fibre concrete based on flat plate method[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2016,35(8):2590-2595.
    [6] 杨进,王发洲,黄劲,等.不同类型减缩剂减缩效果比较分析[J].建筑材料学报,2016,19(1):53-58.

    YANG Jin, WANG Fazhou, HUANG Jin, et al. Comparative analysis of reduction effects of different shrinkage reducing agents in concrete[J]. Journal of Building Materials, 2016,19(1):53-58.
    [7] 郭寅川,陈志晖,申爱琴,等.基于抗裂性能的高寒地区桥面板混凝土配合比优化设计[J].长安大学学报(自然科学版),2019,39(4):1-8. GUO Yinchuan, CHEN Zhihui, SHEN Aiqin, et al. Optimization mix design of bridge deck concrete based on crack resistance in alpine regions[J].Journal of Chang'an University (Natural Science Edition), 2019,39(4):1-8.
    [8] 姜新佩,石欠欠,任益楼,等.粉煤灰对商品混凝土早期抗裂性能的试验研究[J].水电能源科学,2011,29(2):87-89.

    JIANG Xinpei, SHI Qianqian, REN Yilou, et al. Experimental research on fly ash on early anti-cracking properties of commercial concretes[J].Water Resources and Power, 2011,29(2):87-89.
    [9] 王雪芳,郑建岚.坍落度与减水剂对混凝土早期开裂性能的影响[J].厦门大学学报(自然科学版),2008,47(5):681-685. WANG Xuefang, ZHENG Jianlan. Effect of the workability and superplasticizers on the early-age cracking behaviors of concrete[J]. Journal of Xiamen University (Natural Science), 2008,47(5):681-685.
    [10] 李跃,黄俊,彭少民.混凝土组分对早期抗裂性能影响研究[J].武汉理工大学学报,2007,29(增2):66-68. LI Yue, HUANG Jun, PENG Shaomin. Research on the effect of constitutes on cracking resistance of concrete at early ages[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2007,29

    (S2):66-68.
    [11] 张伟,宗兰,张士萍.纤维混杂技术对高性能混凝土的早期抗裂性的影响[J].混凝土,2016(8):16-18,22.

    ZHANG Wei, ZONG Lan, ZHANG Shiping. Effects of hybrid fibers on the resistance to cracking of the high-performance concrete at early age[J]. Concrete, 2016(8):16-18, 22.
    [12] 杜续,冯景瑜,吕少卿,等.基于随机森林回归分析的PM2.5浓度预测模型[J].电信科学,2017,33(7):66-75.

    DU Xu, FENG Jingyu, LYU Shaoqing, et al. PM2.5 concentration prediction model based on random forest regression analysis[J]. Telecommunication Science, 2017,33(7):66-75.
    [13] 唐蓉.基于随机森林回归的青年人体质影响因素研究[D].南昌:华东交通大学,2016. TANG Rong. Research on influence factors of young people physical fitness based on random forest regression[D]. Nanchang:East China Jiaotong University, 2016.
    [14] 崔东文,金波.基于随机森林回归算法的水生态文明综合评价[J].水利水电科技进展,2014,34(5):56-60

    ,79. CUI Dongwen, JIN Bo. Comprehensive evaluation of water ecological civilization based on random forests regression algorithm[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2014,34(5):56-60,79.
  • [1] 张会芝, 刘纪峰, 连跃宗, 崔秀琴.  自保温再生混凝土砌块砌体抗剪性能数值模拟 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2020, 33(1): 156-161. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2020.01.027
    [2] 齐龙兴, 刘彬彬, 唐燕武.  带有随机项Barbour单宿主模型正解的存在唯一性和最终有界性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2019, 32(4): 525-530. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2019.04.002
    [3] 师向云, 姚娇艳, 黄明湛.  一类随机血糖-胰岛素调节系统的渐近性分析 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2019, 32(3): 357-361. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2019.03.003
    [4] 吴庆岗, 张卫国, 赵进超, 张秋闻, 景雨.  基于随机森林和多特征融合的青苹果图像分割 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2018, 31(4): 681-686. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2018.04.032
    [5] 金立兵, 丁苹聚, 张新丽.  基于全寿命理论的公路混凝土耐久性模糊评估 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2017, 30(3): 494-497. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2017.03.031
    [6] 马全国, 张彦钧, 汤致松, 冯冬冬, 张斌, 周葆春.  压实膨胀土饱和抗剪强度的变动性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2016, 29(4): 629-635. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2016.04.033
    [7] 张会芝, 刘纪峰, 崔秀琴.  自保温再生混凝土的配合比优化设计 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2015, 28(2): 308-312. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2014.02.036
    [8] 李佳, 李永明.  PA误差下的半参数回归模型估计的矩相合性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2013, 26(1): 23-26.
    [9] 王书勤, 黄茜.  蚁群算法参数优化设置研究 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2012, 25(2): 262-265.
    [10] 李中恢.  加权平衡损失下一类单参数指数分布族参数估计的可容许性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2011, 24(3): 314-318.
    [11] 王星惠, 陆安;.  误差为鞅差序列线性模型参数M估计的强相合性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2010, 23(4): 509-512.
    [12] 孔繁德, 马逸尘, 李毓.  基于函数空间参数化方法的形状优化 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2010, 23(1): 32-35.
    [13] 侯亚林, 庞留勇, 张秀全.  延期支付两货栈随机库存优化模型 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2009, 22(2): 187-190.
    [14] 汤京永, 秦金华, 董丽.  无约束优化的超记忆梯度法及其全局收敛性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2008, 21(1): 12-14.
    [15] 苏辉, 李为华, 陈帆.  基于能量优化方法的petri网系统的可达性研究 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2006, 19(2): 243-245.
    [16] 龚善初, 尤凤翔.  1/e在电磁学中的重要性及其物理意义 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2004, 17(3): 272-274.
    [17] 李先文, 张苏锋, 唐明.  茶叶“农抗早”和“实生茶”抗冻性研究初报 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 2002, 15(4): 417-419.
    [18] 杨宏志, 贾元强.  “Ljung”型随机算法的收敛性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 1999, 12(2): 145-148.
    [19] 贾元强.  “线性”型随机算法的收敛性 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 1998, 11(1): 20-24.
    [20] 贾元强, 杨宏志.  “步幅常数”型随机算法收敛性分析 . 信阳师范学院学报(自然科学版), 1998, 11(4): 339-342.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-28
  • 修回日期:  2020-04-08

基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究

doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
    基金项目:

    国家自然科学基金项目(71571078,51778262);国家重点研发项目(2016YFC0800208)

    作者简介:

    王俊红(1969-),女,河南信阳人,副教授,硕士,主要从事土木工程经济与管理研究.

    通讯作者: 刘富成, 349549140@qq.com,870852150@qq.com
  • 中图分类号: TU528

摘要: 将随机森林(Random Forest)回归算法应用于混凝土早期抗裂性研究.以松通项目混凝土为例,基于大量文献和工程经验选取了7个主要影响因素的混凝土早期抗裂性指标体系.以原始数据建立训练样本集和测试集,通过计算基于Bootstrap自助重抽样得到的袋外数据(OOB)的模型误判率,确定随机森林预测模型的最优参数,并对影响因素进行重要性排序,利用Pearson相关性图分析各影响因素相关度,然后建立RF训练模型,输出模型训练集和预测集的预测拟合结果.通过RMSE和R2值分析模型的预测精度,并将预测结果与BP神经网络和小波神经网络模型对比.结果显示,随机森林预测模型误差最小,精度最高,验证了模型的准确性和可靠性.提出的随机森林预测模型为实现混凝土早期抗裂性预测提供了一种有效的方法.

English Abstract

王俊红, 杨赛, 刘富成, 吴贤国, 张浩蔚. 基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
引用本文: 王俊红, 杨赛, 刘富成, 吴贤国, 张浩蔚. 基于随机森林算法的混凝土早期抗裂性预测研究[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
WANG Junhong, YANG Sai, LIU Fucheng, WU Xianguo, ZHANG Haowei. Prediction of Early Crack Resistance of Concrete Based on Random Forest Algorithm[J]. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science Edition), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
Citation: WANG Junhong, YANG Sai, LIU Fucheng, WU Xianguo, ZHANG Haowei. Prediction of Early Crack Resistance of Concrete Based on Random Forest Algorithm[J]. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science Edition), 2021, 34(1): 158-165. doi: 10.3969/j.issn.1003-0972.2021.01.026
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