基于互信息特征选择和递归特征消除的钢材疲劳强度预测

姚磊; 黎振; 武川; 孟亚飞; 王孟超

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.009

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基于互信息特征选择和递归特征消除的钢材疲劳强度预测

·疲劳·损伤·断裂·失效分析· | 更新时间：2026-01-21

- 基于互信息特征选择和递归特征消除的钢材疲劳强度预测
- Prediction of steel fatigue strength based on mutual information feature selection and recursive feature elimination
- 机械强度 2026年48卷第1期页码：72-78
- 作者机构：
  
  1.天津职业技术师范大学汽车模具智能制造技术国家地方联合工程实验室，天津 300222
  2.天津职业技术师范大学天津市高性能精准成形制造技术与装备重点实验室，天津 300222
- 作者简介：
  
  姚磊，男，1998年生，山西大同人，在读硕士研究生；主要研究方向为金属材料服役性能评价；E-mail：861492538@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52075386);天津市自然科学基金多投入重点项目(22JCZDJC00650);中国博士后科学基金第67项研究金项目(2020M672309);陕西省高性能精密成形技术与装备重点实验室项目(PETE2019KF02)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.009
  中图分类号： TG405
- 收稿：2024-03-11，
  
  修回：2024-05-20，
  
  纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
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姚磊，黎振，武川，等. 基于互信息特征选择和递归特征消除的钢材疲劳强度预测［J］. 机械强度，2026，48（1）：72-78.

YAO Lei，LI Zhen，WU Chuan，et al. Prediction of steel fatigue strength based on mutual information feature selection and recursive feature elimination［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：72-78.
姚磊，黎振，武川，等. 基于互信息特征选择和递归特征消除的钢材疲劳强度预测［J］. 机械强度，2026，48（1）：72-78. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.009.

YAO Lei，LI Zhen，WU Chuan，et al. Prediction of steel fatigue strength based on mutual information feature selection and recursive feature elimination［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：72-78. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.009.

摘要

目的

为了解决疲劳强度预测中由于数据量不足和高维数据而引起的挑战，提出一种互信息特征选择和递归特征消除（Mutual Information Feature Selection and Recursive Feature Elimination

MIFS-RFE）相结合的方法。

方法

首先，采用MIFS识别对模型预测最关键的特征。其次，在RFE阶段重点处理剩余特征，通过系统迭代过程选择最具信息量的特征，确保最终特征子集能够准确地支持疲劳强度预测。最后，将经过特征选择和消除处理得到的最终特征子集输入到随机森林回归（Random Forest Regression

RFR）、K最近邻回归（K Nearest Neighbor Regression

KNN）、支持向量回归（Support Vector Regression

SVR）和多层感知机（Multi-Layer Perceptron

MLP）模型中，综合分析各模型的预测性能。

结果

经过优化后，特征数据从原始的25维降到了13维。在测试过程中，RFR、KNN、SVR和MLP的决定系数

分别为0.977 7、0.972 5、0.961 3和0.976 6。相较于全部特征的测试结果，所提方法使得模型的

最大提升了0.020 8。最后基于模型的Shapley加法解释（Shapley Additive Explanation

SHAP）值分析最优特征的影响性，验证了MIFS-RFE方法的有效性，说明所提方法在维持相对高性能的同时成功降低了特征维度，为疲劳强度预测提供了更有效的优化方案。

Abstract

Objective

To address the challenges in fatigue strength prediction caused by limited data and high-dimensional feature space

a method combining mutual information feature selection and recursive feature elimination (MIFS-RFE) is proposed.

Methods

Firstly

MIFS was used to identify crucial features for prediction. Subsequently

the remaining features were processed in the RFE stage. Through an iterative process

the most informative features were selected to ensure accurate fatigue strength prediction. The finalized feature subset was input into random forest regression (RFR)

K-nearest neighbors regression (KNN)

support vector regression (SVR)

and multilayer perceptron (MLP) models for performance analysis.

Results

After optimization

the feature dimensionality was reduced from 25 to 13. During the test process

RFR

KNN

SVR

and MLP achieved

values of 0.977 7

0.972 5

0.961 3

and 0.976 6

respectively. Compared with the test results of all features

the proposed method increased the maximum

of the model by 0.020 8. Finally

based on the SHAP value

the influence of effective features was analyzed

and the effectiveness of the combination of MIFS and RFE was validated. The results indicate that the proposed method maintains high performance while reducing feature dimensionality

offering an optimized solution for fatigue strength prediction.

关键词

Keywords

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