Розроблення алгоритмів візуалізації властивостей гетерогенних та композиційних матеріалів

Abstract

Сьогодні у людській діяльності використовують дуже велику кількість різних матеріалів. Ці матеріали відрізняться між собою механічними властивостями, кольором, хімічним складом. Широке розмаїття матеріалів становить завдання про збереження інформації про них та про її візуалізацію. Створено базу даних матеріалів та веб-застосунок, який дає можливість отримати доступ до інформації про різні види металів та їхні сплави, а також підібрати найближчі аналоги за допомогою функції інтелектуального пошуку. Для створення бази даних використано систему керування базами даних MySQL. Наповнення цієї бази даних відбувалось способом розроблення спеціальної програми-парсера. Ця програма переглядала сторінки з мережі Інтернет та виділяла інформацію про властивості матеріалів і зберігала їх до бази даних. Для візуалізації даних використано алгоритми зниження розмірності. Ці алгоритми спрямовані на відшукання такої проекції високовимірних даних на низьковимірний простір. Під час використання цієї проекції зберігаються всі внутрішні взаємозв'язки між даними. Це дало змогу побудувати відображення великовимірних даних на площину та візуалізувати їх. Для цього використано алгоритми Isomap, MDS, t-SNE. В такий спосіб розроблено базу даних матеріалів. Доступ до бази даних відбувається за допомогою веб-застосунку. Для зібраних даних побудовано візуалізації. За результатами візуалізації виявлено кластери матеріалів, які відповідають вже відомим класам матеріалів. Це підтверджує коректність побудови моделей візуалізації та зниження розмірності, а також правильність зібраної інформації.

Today, a lot of different materials are used in human activity. These materials are distinguished by their mechanical properties, colour, and chemical composition. A wide variety of materials raises the problem of keeping information about them and about their visualization. A database of materials and an online application that provides access to information on various types of metals and their alloys, as well as to find the nearest analogues with the help of intelligent search function is created in the work. To create the database, MySQL database management system is used. Filling of this database is done by developing a special parser program. This program scanned pages from the Internet and highlighted the properties of the materials and stored them in the database. Dimensional reduction algorithms are used to visualize the data. These algorithms are aimed at finding such a projection of high-dimensional data into low-dimensional space. When using this projection, all internal relationships between the data are stored. This made it possible to construct and visualize large-dimensional data on a plane. To do this, the isomap, mds, t-sne algorithms are used. Thus, the database of materials was developed in the work. Access to the database provided through a web application. The web application provides the ability to use it from all devices that have access to the Internet and eliminates the need to install additional software. The web application uses a python programming language and a special framework Flask for creating web applications. This technology choice greatly simplifies the creation of web applications and allows us to quickly and flexibly manage your data. Visualizations are built for the collected data. To visualize data, one of the main tasks is to reduce the dimension of data. Reducing dimensionality requires accessible visualization methods that work effectively in two or three dimensional spaces. According to the results of the visualization, clusters of materials that correspond to already known classes of materials are revealed. This confirms the correctness of constructing visualization models and reducing the dimensionality, as well as the correctness of the information gathered.