Flexible Tool for Model Building: the Relevant Transformation of the Inputs Network Approach (RETINA)

A new method, called Relevant Transformation of the Inputs Network Approach (RETINA) isproposed as a tool for model building. It is designed around flexibility (with nonlinear transformations of the predictors of interest), selective search within the range of possible models, out-of-sample forecasting ability and computational simplicity. In tests on simulated data, it shows both a high rate of successful retrieval of the DGP which increases with the sample size and a good performance relative to other alternative procedures. A telephone service demand model is built to show how the procedure applies on real data.Relevant Transformation of the Inputs Network Approach (RETINA), Economics models

Predicting Housing Value: A Comparison of Multiple Regression Analysis and Artificial Neural Networks

This paper compares the predictive performance of artificial neural networks (ANN) and multiple regression analysis (MRA) for single family housing sales. Multiple comparisons are made between the two data models in which the data sample size is varied, the funcional specifications is varied, and the temporal prediction is varied. We conclude that ANN performs better than MRA when a moderate to large data sample size is used. For our application, this "moderate to large data sample size" varied from 13% to 39% of the total data sample (506 to 1506 observations out of 3906 total observations). Our results give a plausible explanation why previous papers have obtained varied results when comparing MRA and ANN predictive performance for housing values.

Linear and Nonlinear Predictability of International Securitized Real Estate Returns: A Reality Check

This paper examines short-horizon return predictability of ten largest international securitized real estate markets, with special attention paid to exploring possible nonlinearity-in-mean as well as nonlinearity-in-variance predictability. Although international securitized real estate returns are generally not predictable based on commonly used statistical criteria, there is much evidence for the predictability based on economic criteria (i.e., direction of price changes and trading rule profitability), which is more often due to nonlinearity-in-mean. The forecast combinations for various models appear to improve the forecasting performance, while the allowance of data-snooping bias using White’s Reality Check substantially mitigates spurious out-of-sample forecasting performance and weakens otherwise overwhelmingly strong predictability. Overall, there is robust evidence for the predictability in many international securitized real estate markets.

Validation procedures in radiological diagnostic models. Neural network and logistic regression

The objective of this paper is to compare the performance of two predictive radiological models, logistic regression (LR) and neural network (NN), with five different resampling methods. One hundred and sixty-seven patients with proven calvarial lesions as the only known disease were enrolled. Clinical and CT data were used for LR and NN models. Both models were developed with cross validation, leave-one-out and three different bootstrap algorithms. The final results of each model were compared with error rate and the area under receiver operating characteristic curves (Az). The neural network obtained statistically higher Az than LR with cross validation. The remaining resampling validation methods did not reveal statistically significant differences between LR and NN rules. The neural network classifier performs better than the one based on logistic regression. This advantage is well detected by three-fold cross-validation, but remains unnoticed when leave-one-out or bootstrap algorithms are used.Skull, neoplasms, logistic regression, neural networks, receiver operating characteristic curve, statistics, resampling

Integrated system to perform surrogate based aerodynamic optimisation for high-lift airfoil

This work deals with the aerodynamics optimisation of a generic two-dimensional three element high-lift configuration. Although the high-lift system is applied only during take-off and landing in the low speed phase of the flight the cost efficiency of the airplane is strongly influenced by it [1]. The ultimate goal of an aircraft high lift system design team is to define the simplest configuration which, for prescribed constraints, will meet the take-off, climb, and landing requirements usually expressed in terms of maximum L/D and/or maximum CL. The ability of the calculation method to accurately predict changes in objective function value when gaps, overlaps and element deflections are varied is therefore critical. Despite advances in computer capacity, the enormous computational cost of running complex engineering simulations makes it impractical to rely exclusively on simulation for the purpose of design optimisation. To cut down the cost, surrogate models, also known as metamodels, are constructed from and then used in place of the actual simulation models. This work outlines the development of integrated systems to perform aerodynamics multi-objective optimisation for a three-element airfoil test case in high lift configuration, making use of surrogate models available in MACROS Generic Tools, which has been integrated in our design tool. Different metamodeling techniques have been compared based on multiple performance criteria. With MACROS is possible performing either optimisation of the model built with predefined training sample (GSO) or Iterative Surrogate-Based Optimization (SBO). In this first case the model is build independent from the optimisation and then use it as a black box in the optimisation process. In the second case is needed to provide the possibility to call CFD code from the optimisation process, and there is no need to build any model, it is being built internally during the optimisation process. Both approaches have been applied. A detailed analysis of the integrated design system, the methods as well as th

Ecological models at fish community and species level to support effective river restoration

RESUMEN Los peces nativos son indicadores de la salud de los ecosistemas acuáticos, y se han convertido en un elemento de calidad clave para evaluar el estado ecológico de los ríos. La comprensión de los factores que afectan a las especies nativas de peces es importante para la gestión y conservación de los ecosistemas acuáticos. El objetivo general de esta tesis es analizar las relaciones entre variables biológicas y de hábitat (incluyendo la conectividad) a través de una variedad de escalas espaciales en los ríos Mediterráneos, con el desarrollo de herramientas de modelación para apoyar la toma de decisiones en la restauración de ríos. Esta tesis se compone de cuatro artículos. El primero tiene como objetivos modelar la relación entre un conjunto de variables ambientales y la riqueza de especies nativas (NFSR), y evaluar la eficacia de potenciales acciones de restauración para mejorar la NFSR en la cuenca del río Júcar. Para ello se aplicó un enfoque de modelación de red neuronal artificial (ANN), utilizando en la fase de entrenamiento el algoritmo Levenberg-Marquardt. Se aplicó el método de las derivadas parciales para determinar la importancia relativa de las variables ambientales. Según los resultados, el modelo de ANN combina variables que describen la calidad de ribera, la calidad del agua y el hábitat físico, y ayudó a identificar los principales factores que condicionan el patrón de distribución de la NFSR en los ríos Mediterráneos. En la segunda parte del estudio, el modelo fue utilizado para evaluar la eficacia de dos acciones de restauración en el río Júcar: la eliminación de dos azudes abandonados, con el consiguiente incremento de la proporción de corrientes. Estas simulaciones indican que la riqueza aumenta con el incremento de la longitud libre de barreras artificiales y la proporción del mesohabitat de corriente, y demostró la utilidad de las ANN como una poderosa herramienta para apoyar la toma de decisiones en el manejo y restauración ecológica de los ríos Mediterráneos. El segundo artículo tiene como objetivo determinar la importancia relativa de los dos principales factores que controlan la reducción de la riqueza de peces (NFSR), es decir, las interacciones entre las especies acuáticas, variables del hábitat (incluyendo la conectividad fluvial) y biológicas (incluidas las especies invasoras) en los ríos Júcar, Cabriel y Turia. Con este fin, tres modelos de ANN fueron analizados: el primero fue construido solamente con variables biológicas, el segundo se construyó únicamente con variables de hábitat y el tercero con la combinación de estos dos grupos de variables. Los resultados muestran que las variables de hábitat son los ¿drivers¿ más importantes para la distribución de NFSR, y demuestran la importancia ecológica de los modelos desarrollados. Los resultados de este estudio destacan la necesidad de proponer medidas de mitigación relacionadas con la mejora del hábitat (incluyendo la variabilidad de caudales en el río) como medida para conservar y restaurar los ríos Mediterráneos. El tercer artículo busca comparar la fiabilidad y relevancia ecológica de dos modelos predictivos de NFSR, basados en redes neuronales artificiales (ANN) y random forests (RF). La relevancia de las variables seleccionadas por cada modelo se evaluó a partir del conocimiento ecológico y apoyado por otras investigaciones. Los dos modelos fueron desarrollados utilizando validación cruzada k-fold y su desempeño fue evaluado a través de tres índices: el coeficiente de determinación (R2 ), el error cuadrático medio (MSE) y el coeficiente de determinación ajustado (R2 adj). Según los resultados, RF obtuvo el mejor desempeño en entrenamiento. Pero, el procedimiento de validación cruzada reveló que ambas técnicas generaron resultados similares (R2 = 68% para RF y R2 = 66% para ANN). La comparación de diferentes métodos de machine learning es muy útil para el análisis crítico de los resultados obtenidos a través de los modelos. El cuarto artículo tiene como objetivo evaluar la capacidad de las ANN para identificar los factores que afectan a la densidad y la presencia/ausencia de Luciobarbus guiraonis en la demarcación hidrográfica del Júcar. Se utilizó una red neuronal artificial multicapa de tipo feedforward (ANN) para representar relaciones no lineales entre descriptores de L. guiraonis con variables biológicas y de hábitat. El poder predictivo de los modelos se evaluó con base en el índice Kappa (k), la proporción de casos correctamente clasificados (CCI) y el área bajo la curva (AUC) característica operativa del receptor (ROC). La presencia/ausencia de L. guiraonis fue bien predicha por el modelo ANN (CCI = 87%, AUC = 0.85 y k = 0.66). La predicción de la densidad fue moderada (CCI = 62%, AUC = 0.71 y k = 0.43). Las variables más importantes que describen la presencia/ausencia fueron: radiación solar, área de drenaje y la proporción de especies exóticas de peces con un peso relativo del 27.8%, 24.53% y 13.60% respectivamente. En el modelo de densidad, las variables más importantes fueron el coeficiente de variación de los caudales medios anuales con una importancia relativa del 50.5% y la proporción de especies exóticas de peces con el 24.4%. Los modelos proporcionan información importante acerca de la relación de L. guiraonis con variables bióticas y de hábitat, este nuevo conocimiento podría utilizarse para apoyar futuros estudios y para contribuir en la toma de decisiones para la conservación y manejo de especies en los en los ríos Júcar, Cabriel y Turia.Olaya Marín, EJ. (2013). Ecological models at fish community and species level to support effective river restoration [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/28853TESI