شماره مدرك
21276
شماره راهنما
18218
پديد آورنده
شريفي حقيقي، مهسا
عنوان
تركيب محاسبات نظريه تابعي چگالي و يادگيري ماشين براي خوشهبندي مواد پادفرومغناطيس
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
ماده چگال
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هشت، 321ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
مواد پادفرومغناطيس , دماي نيل , يادگيري ماشين , خوشهبندي , انتخاب ويژگي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/08
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
فيزيك
دانشكده
فيزيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/11
كد ايرانداك
23247996
چكيده فارسي
با گسترش مجموعه دادههاي علم مواد و افزايش ابزارهاي توليد ويژگي، استخراج الگوهاي فيزيكي معنادار از اين دادهها به كمك هوش مصنوعي به يك مسئله مهم در علم مواد تبديل شده است. تاكنون از روشهاي يادگيري ماشين در دستههاي گوناگون مواد مانند نيمهرساناها، سلولهاي خورشيدي، كاتاليزورها و مواد فرومغناطيس براي شناسايي ساختار، پيشبيني خواص و كشف الگوهاي پنهان در دادههاي مواد استفاده شده است؛ روندي كه نشاندهنده گسترش پيوسته و روزافزون كاربرد اين رهيافتها در شاخههاي مختلف علم مواد است. با اين حال، بررسيها نشان ميدهد كه حوزه مواد پادفرومغناطيس تاكنون در چارچوبهاي يادگيري ماشين كمتر بررسي شده است. در اين پژوهش، يك چارچوب يكپارچه، تكرارپذير و تفسيرپذير براي خوشهبندي بدون نظارت مواد پادفرومغناطيس ارائه ميشود كه نوآوري آن در پيوند نظاممند ميان انتخاب ويژگي و سنجش فيزيكي خوشهها در مرحله ارزيابي برقرار ميشود. براي سنجش پايداري و تعميمپذيري، از دو مجموعهداده مستقل استفاده شد: مجموعه نخست شامل 980 ماده و مجموعه دوم، بهعنوان نسخهاي گسترشيافته، شامل حدود 1732 ماده بود. مواد با استفاده از چهار مجموعه ويژگي موازي و قابل مقايسه توصيف شدند و اثر روشهاي مقياسبندي بهصورت نظاممند مورد بررسي قرار گرفت؛ سپس، هشت الگوريتم خوشهبندي با سازوكارهاي متفاوت شامل روشهاي مركزمحور، چگاليمحور، گرافمحور و شبكههاي خودسازمانده اجرا و با معيارهاي درونزاد از جمله سيلوئت، ديويس-بولدين و كالينسكي-هاراباز ارزيابي و مقايسه شدند. پژوهش حاضر بر اين اصل استوار است كه انتخاب ويژگي صرفاً يك مرحله پيشپردازشي نيست، بلكه يك ركن تصميمسازي در مسائل يادگيري ماشين بدون نظارت بهشمار ميرود. بر اين مبنا، راهبردي مبتني بر سيلوئت براي انتخاب ويژگي طراحي و بهكار گرفته شد. نتايج نشان ميدهد كه كاهش چشمگير بعد ويژگيها با بهبود همزمان شاخصهاي كيفيت خوشهبندي و حفظ پايداري ساختاري همراه است. علاوه بر اين، رگرسيون دماي نيل بهعنوان سنجهاي تكميلي وارد مرحله ارزيابي شد تا همگني فيزيكي خوشهها مستقل از جدايش هندسي سنجيده شود. اين پژوهش يك چارچوب عمومي و تكرارپذير براي تحليل دادههاي بدون برچسب در علم مواد ارائه ميدهد كه ميتواند مبنايي براي استخراج دانش فيزيكي، غربالگري هدفمند مواد و هدايت مطالعات تجربي در سامانههاي پيچيده فراهم كند.
چكيده انگليسي
With the rapid growth of public materials datasets and the emergence of various feature generation tools, extracting meaningful physical patterns from these datasets by using artificial intelligence techniques has become an important issue in materials science. Machine learning approaches have been increasingly applied to various classes of materials—such as semiconductors, solar cells, catalysts, and ferromagnetic materials—highlighting the growing and ongoing expansion of these techniques across different domains of materials science. However, antiferromagnetic materials appear to have received limited attention in this context. In this research, an integrated, reproducible, and interpretable framework for the unsupervised clustering of antiferromagnetic materials is presented. Its innovation lies in the systematic connection established between feature selection and the physical evaluation of clusters during the assessment phase. To evaluate stability and generalizability, two independent datasets were used: one containing 980 materials and an extended set containing 1,732 materials. Materials were described using four parallel and comparable feature sets, and the effect of different scaling methods was systematically examined. Subsequently, eight clustering algorithms with different mechanisms—including centroid-based, density-based, graph-based, and self-organizing map methods—were implemented and compared using intrinsic evaluation metrics such as silhouette score, Davies–Bouldin index, and Calinski–Harabasz index. In the present study, feature selection is not merely a preprocessing step but rather a decision-making pillar in unsupervised machine learning problems. Based on this premise, a silhouette-driven strategy was developed and employed for feature selection. The results indicate that substantial dimensionality reduction can be achieved alongside simultaneous improvement in clustering quality and preservation of structural stability. Additionally, Neel temperature regression was introduced as a complementary metric to evaluate the physical homogeneity of clusters independently of geometric separation. This research provides a general and reproducible framework for analyzing unlabeled data in materials science, which can serve as a basis for extracting physical knowledge, rapid material screening, and guiding experimental studies in complex systems.
استاد راهنما
جواد هاشمي فر
استاد مشاور
مجتبي اعلائي
استاد داور
اسماعيل عبدالحسيني سارسري , حامد بخشيان