基于集成学习算法的材料莫氏硬度预测及其影响因素分析

石锦荣, 金永军, 周子钧, 徐炜莅

信息记录材料 ›› 2025, Vol. 26 ›› Issue (07) : 7-11. DOI: 10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2025.07.001

基于集成学习算法的材料莫氏硬度预测及其影响因素分析

  • 石锦荣, 金永军, 周子钧, 徐炜莅
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摘要

莫氏硬度广泛应用于地质、矿物学和材料科学领域,然而,传统测试方法易受误差影响,为提高预测精度和效率,本研究采用集成学习算法对材料莫氏硬度进行预测,并分析其影响因素。通过采用随机森林、极端梯度提升(XGBoost)、轻量级梯度提升机(LightGBM)、类别提升算法(CatBoost)、梯度提升决策树(GBDT)以及Blending模型对数据进行训练和评估。研究发现:Blending模型的决定系数为0.74时,在当前数据集和评估场景下,对目标变量的预测能力达到最优状态,而CatBoost模型在预测精度上达到最优。通过机器学习模型的可解释方法—SHAP确定了平均离子能、平均密度、平均范德华半径、总电子数和平均电负性是影响莫氏硬度的关键因素。此外,数据预处理采用四分位距方法处理异常值,有效提高了模型的预测准确性。本研究展示了集成学习算法在材料硬度预测中的应用潜力,为新材料的开发和性能评估提供了科学依据和技术支持。

关键词

集成学习 / 莫氏硬度 / 特征重要性分析 / 模型融合 / 异常值处理

中图分类号

TB302 / TP181

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石锦荣, 金永军, 周子钧, 徐炜莅. 基于集成学习算法的材料莫氏硬度预测及其影响因素分析. 信息记录材料. 2025, 26(07): 7-11 https://doi.org/10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2025.07.001

基金

国家级大学生创新创业训练计划项目(202310128005)

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