Spektroskopik veri üzerinde makine öğrenmesi ile düşük sükroz konsantrasyonlarının kestirimi ve bakteri konsantrasyonlarının sınıflandırılması
Estimation of low sucrose concentrations and classification of bacteria concentrations with machine learning on spectroscopic data
- Tez No: 563854
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. YALIN BAŞTANLAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Spektroskopi elementleri tanımlamak için kullanılabilir. Benzer şekilde, kimyasal çözeltilerdeki madde konsantrasyonlarını sınıflandırmak için optik spektroskopiyi kullanan yeni çalışmalar vardır. Bu çalışmada, çözeltilerdeki sükroz konsantrasyonunun seviyesini tahmin etmek ve bakteri konsantrasyonlarını sınıflandırmak için toplanan ultraviyole-görünür bölge (UV-Vis) spektrumlarda makine öğrenme tekniklerini kullanıyoruz. Bazı metal nanopartiküller, ortamdaki kırılma endeksi değişikliklerine karşı çok hassastır ve bu özellik çözeltideki küçük kırılma endeksi değişikliklerini tespit etmeye yardımcı olur. Çalışmamızda altın nanoparçacıkları kullanılmış ve sükroz konsantrasyonlarını tahmin etmek için bu özellikten faydalanıldı. Farklı düşük sükroz konsantrasyon çözeltilerindeki numuneler, hassas skalalarla ölçülen sükrozun saf suyla karıştırılmasıyla elde edilir ve daha sonra her bir numunenin UV-Vis spektrumu ölçülür. Bakteri konsantrasyon çözeltileri için 6 farklı bakteri konsantrasyonu spektrumları kaydedilir. Bakteriler eklenmeden önce de aynı çözeltilerin spektrumları kaydedilir. Bu çözeltilerin her biri için, altın nanoparçacıkların büyütülmediği (dakika 0) ve 4 dakika büyütüldüğü, 10 dakika büyütüldüğü ve 12 dakika büyütüldüğü dört set hazırlanır. Veri seti hazırlığından sonra, bu spektrum ölçümleri sükroz konsantrasyonu veri seti ve bakteri çözeltisi veri seti olarak MATLAB ortamına aktarılır. Daha sonra bu veri setlerinden en bilgilendirici ve ayırt edici bilgilerin elde edilmesi için gerekli ön işleme adımları uygulanmaktadır. Ham ölçüm değerleri ve işlenmiş spektrum ölçümleri MATLAB Derin Öğrenme Araç Kutusu'ndaki yapay sinir ağları (YSA) ve MATLAB İstatistik ve Makine Öğrenmesi Araç Kutusu'ndaki Destek Vektör Makineleri (DVM) ile eğitilmiştir. Yapılan makine öğrenmesi deneylerinin sonuçları incelendiğinde, başarı oranı sükroz çözeltisindeki bakteri konsantrasyonlarının sınıflandırılması için ise çok yüksektir.
Özet (Çeviri)
Spectroscopy can be used to identify elements. In a similar way, there are recent studies that use optical spectroscopy to measure the material concentrations in chemical solutions. In this study, we employ machine learning techniques on collected ultraviolet-visible spectra to estimate the level of sucrose concentrations in solutions and to classify bacteria concentrations. Some metal nanoparticles are very sensitive to refraction index changes in the environment and this helps to detect small refraction index changes in the solution. In our study, gold nanoparticles are used and we benefited from this property to estimate sucrose concentrations. The samples in different low sucrose concentration solutions are obtained by mixing the sucrose measured with precision scales with pure water and then the UV-Vis spectrum of each sample is measured. For the bacteria concentration solutions, spectra for six different bacteria concentrations are captured. Spectra of the same solutions are also captured before adding the bacteria. For each of these solutions, four sets are prepared where gold nanoparticles are not grown (minute 0) and grown for 4 minutes, 10 minutes and 12 minutes. After the dataset preparation, these spectrum measurements are transferred into MATLAB environment as sucrose concentration dataset and bacteria solution dataset. Then the necessary preprocessing steps are performed in order to get the most informative and distinguishing information from these datasets. The raw measurement values and processed spectrum measurements are trained with shallow Artificial Neural Networks (ANN) on MATLAB Deep Learning Toolbox and Support Vector Machine (SVM) on MATLAB Statistics and Machine Learning Toolbox. When the results of the conducted machine learning experiments are examined, success rate is promising for the estimation of sucrose concentrations and very high for classification of bacteria concentrations in pure water solution.
Benzer Tezler
- Ensemble and deep learning on astronomical data with different modalities
Astronomik veride farklı kiplerle topluluk öğrenmesi ve derin öğrenme
FATMA KUZEY EDEŞ HUYAL
Doktora
İngilizce
2023
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE ONUR KAHYA
PROF. DR. ZEHRA ÇATALTEPE
- Açık uçlu eşeksenel prob ile dielektrik spektroskopi için makine öğrenmesi temelli kestirim yöntemleri
Machine learning based estimation methods for dielectric spectroscopy with open-ended coaxial probe
MUSA ALPEREN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇAYÖREN
- Microwave spectroscopy based breast cancer diagnosis using support vector machines
Destek vektör makineleri kullanılarak mikrodalga spektroskopi temelli meme kanseri tanısı
EMRE ÖNEMLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM AKDUMAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ TUBA YILMAZ ABDOLSAHEB
- Efficient deep learning approaches for signal and image analysis applications
Sinyal ve görüntü analizi uygulamaları için verimli derin öğrenme yaklaşımları
ONUR CAN KOYUN
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEHÇET UĞUR TÖREYİN
- Süt çeşitleri ve süt kalite parametrelerinin topluluk öğrenme yöntemleri ile tahmini
Prediction of milk varieties and milk quality parameters with ensemble learning methods
MEHMET FATİH IŞIKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHarran ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KERİM KARADAĞ