数学建模和基于机器学习的优化,以提高挥发性有机化合物的生物过效率.
Muhammad Sulaiman1, Osamah Ibrahim Khalaf2, Naveed Ahmad Khan3,4
1Department of Mathematics, Abdul Wali Khan University, 23200, Mardan, Pakistan.
Scientific reports
|July 23, 2024
概括
这项研究使用Elman神经网络 (ENN) 和Levenberg-Marquardt (LM) 优化模型对挥发性有机化合物 (VOC) 的生物过. 该ENN-LM方法准确地预测生物膜中的甲醇和p-pinene和度,为化学工程应用提供了强大的工具.
科学领域:
- 环境工程 环境工程
- 生物技术是生物技术.
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 生物过是一种生物污染管理技术,使用生物反应器降解污染物.
- 挥发性有机化合物 (VOC) 构成环境和健康风险,需要有效的清除策略.
- 数学建模对于理解和优化生物过过程至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证一种新的计算方法,用于模拟混合VOCs的生物过.
- 在生物过器中研究水友性 (甲醇) 和水性 (p-pinene) VOC 的和动态.
- 为了评估Elman神经网络 (ENN) 的效率和准确性,加上Levenberg-Marquardt (LM) 对此任务的优化.
主要方法:
- 开发了一个基于非线性扩散方程和迈凯利斯-门动力学的数学模型.
- 使用Elman神经网络 (ENN) 实现了一个监督机器学习算法.
- 使用Levenberg-Marquardt (LM) 优化算法来训练ENN进行参数估计.
主要成果:
- 在不同的物理参数下,ENN-LM技术准确地预测了甲醇和p-pinene的和度.
- 该模型表现出高性能,通过低绝对误差,平均绝对偏差和平均平方误差来验证.
- 计算复杂性得到了高效的管理,显示了开发方法的实用性.
结论:
- 拟议的ENN-LM方法为生物过建模提供了高度准确和高效的数值解决方案.
- 这种方法有效地模拟了生物膜中挥发性有机化合物的复杂相互作用.
- 经验证的模型可以应用于现实世界的化学工程问题,用于污染控制和过程优化.
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