Interpretable Machine Learning Model on Thermal Conductivity Using Publicly Available Datasets and Our Internal Lab Dataset
Notice bibliographique
Résumé
Machine learning (ML), a subdiscipline of artificial intelligence studies, has gained importance in predicting or suggesting efficient thermoelectric materials. Previous ML studies have used different literature sources or density functional theory calculations as input. In this work, we develop a ML pipeline trained with multivariable inputs on a massive public dataset of ∼200,000 data utilizing a high-performance computing cluster to predict the thermal conductivity (κ) using four test sets: three publicly available datasets and a dataset built using previously published data from our own group. By taking advantage of this massive dataset, our model presents an opportunity to further expand the understanding of the selection of features with various thermoelectric materials. Among the several supervised ML models implemented, the eXtreme Gradient Boosting algorithm (XGBoost) turned out to be the best method during the 5-fold cross-validation method, with their averaged evaluation coefficients of R 2 = 0.96, root mean squared error ( RMSE ) = 0.38 W m −1 K −1, and mean absolute error ( MAE ) = 0.23 W m −1 K −1 . Additionally, with the aid of feature selection and importance analysis, useful chemical features were chosen that ultimately led to reasonably good accuracy in the series of test sets measured as per the evaluation coefficients of R 2, RMSE, and MAE, with values ranging from 0.72 to 0.89, 0.52 to 1.08, and 0.40 to 0.66 W m −1 K −1, respectively. Checking the worst outliers led to the discovery of some errors in the literature. Postmodel prediction, the SHapley Additive exPlanations (SHAP) algorithm was implemented on the XGBoost model to analyze the features that were the key drivers for the model’s decisions. Overall, the developed interpretable methodology produces the prediction of κ of a large variety of materials through the influence of chemical and physical property features. The conclusions drawn apply to the research and applications of thermoelectric and heat insulation materials.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,003 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».