本發(fā)明涉及新材料開發(fā)，特別是涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、高熵陶瓷作為一類新興材料，以其獨特的高溫穩(wěn)定性、抗氧化性、高硬度和耐磨損性等優(yōu)異性能，在航空航天、能源、電子和生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，在面對高熵陶瓷這種復(fù)雜的多組分系統(tǒng)時，傳統(tǒng)的材料設(shè)計方法如基于物理直覺的探索或試錯實驗，往往效率低下且成本高昂，難以全面覆蓋所有可能的組合。

2、近年來，隨著計算能力的顯著提升和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)作為一種強(qiáng)大的數(shù)據(jù)驅(qū)動工具，被越來越多地引入到材料科學(xué)領(lǐng)域。機(jī)器學(xué)習(xí)通過從有限的實驗數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)材料屬性與結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)對新組合物性能的快速預(yù)測，從而大大縮短新材料的設(shè)計周期，降低研發(fā)成本。在材料科學(xué)中，已有多種機(jī)器學(xué)習(xí)模型被成功應(yīng)用于材料性能的預(yù)測，這些模型各有特點，在處理不同類型的材料數(shù)據(jù)時表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，為二硼化物高熵陶瓷的開發(fā)提供了一種高效、低成本的途徑。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，包括以下步驟：

3、獲取待測二硼化物高熵陶瓷的特征變量；

4、將所述特征變量輸入至形成能預(yù)測模型中，得到待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值；

5、根據(jù)待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值確定所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性。

6、所述特征變量通過以下方式確定：

7、收集包含各種過渡族金屬元素與硼元素組成的二硼化物高熵陶瓷的物理化學(xué)參數(shù)、熱力學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)，并通過統(tǒng)計學(xué)方法得到各參數(shù)的均值、平均絕對偏差、極差、最大值、最小值和眾數(shù)；

8、計算包含各種過渡族金屬元素與硼元素組成的二硼化物高熵陶瓷的形成能；

9、以各參數(shù)的均值、平均絕對偏差、極差、最大值、最小值和眾數(shù)作為輸入特征，二硼化物高熵陶瓷的形成能作為輸出特征，建立lasso回歸模型，并根據(jù)lasso回歸模型從所述輸入特征中篩選出特征變量。

10、所述lasso回歸模型的損失函數(shù)為：其中，loss(ω)為lasso回歸模型的損失函數(shù)，n為樣本數(shù)量，p為輸入特征的數(shù)量，yi為第i個樣本的真實形成能，為第i個樣本的形成能預(yù)測值，ωj為第j個輸入特征的系數(shù)，α為正則化參數(shù)。

11、所述二硼化物高熵陶瓷的形成能的計算方式為：其中，eform為二硼化物高熵陶瓷的形成能，etot為超胞中金屬二硼化物的總能量，nk為第k個過渡族金屬元素在體相狀態(tài)下的原子序數(shù)，為第k個過渡族金屬元素在體相狀態(tài)下的單原子能量，k為二硼化物高熵陶瓷中過渡族金屬元素的總數(shù)。

12、所述形成能預(yù)測模型通過以下方式得到：

13、使用篩選出的特征變量構(gòu)建數(shù)據(jù)集，并將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和測試集；

14、使用訓(xùn)練集對機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，通過超參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并基于測試集使用r2值和p折交叉驗證得分來評估優(yōu)化后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的性能；

15、當(dāng)r2值和p折交叉驗證得分滿足預(yù)設(shè)要求時，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練完成，得到形成能預(yù)測模型。

16、所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型為決策樹模型、隨機(jī)森林模型、極端隨機(jī)森林模型或梯度提升樹模型。

17、所述根據(jù)待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值確定所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性時，所述待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值越小，所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性越高。

18、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測裝置，包括：

19、獲取模塊，用于獲取待測二硼化物高熵陶瓷的特征變量；

20、預(yù)測模塊，用于將所述特征變量輸入至形成能預(yù)測模型中，得到待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值；

21、確定模塊，用于根據(jù)待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值確定所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性。

22、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)上述基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法的步驟。

23、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法的步驟。

24、有益效果

25、由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明將機(jī)器學(xué)習(xí)用于二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性的預(yù)測中，能夠從有限的實驗數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)材料屬性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，進(jìn)而預(yù)測新組合物的性能，大大減少了實驗成本和研發(fā)周期。本發(fā)明構(gòu)建的預(yù)測模型具有較強(qiáng)的泛化能力，能夠更好地處理未來的新數(shù)據(jù)，同時準(zhǔn)確度達(dá)到0.95，五折交叉驗證得分可達(dá)0.96，展現(xiàn)出了卓越的數(shù)據(jù)擬合能力和預(yù)測效果。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，所述特征變量通過以下方式確定：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，所述lasso回歸模型的損失函數(shù)為：其中，loss(ω)為lasso回歸模型的損失函數(shù)，n為樣本數(shù)量，p為輸入特征的數(shù)量，yi為第i個樣本的真實形成能，為第i個樣本的形成能預(yù)測值，ωj為第j個輸入特征的系數(shù)，α為正則化參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，所述二硼化物高熵陶瓷的形成能的計算方式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，所述形成能預(yù)測模型通過以下方式得到：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型為決策樹模型、隨機(jī)森林模型、極端隨機(jī)森林模型或梯度提升樹模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征在于，所述根據(jù)待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值確定所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性時，所述待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值越小，所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性越高。

8.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法的步驟。

10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的二硼化物高熵陶瓷穩(wěn)定性預(yù)測方法，包括以下步驟：獲取待測二硼化物高熵陶瓷的特征變量；將所述特征變量輸入至形成能預(yù)測模型中，得到待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值；根據(jù)待測二硼化物高熵陶瓷的形成能預(yù)測值確定所述待測二硼化物高熵陶瓷的穩(wěn)定性。本發(fā)明為二硼化物高熵陶瓷的開發(fā)提供了一種高效、低成本的途徑。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭興偉,王錢錢,梁擁成,張國軍,劉吉軒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9