I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 6 ,   N o .   3 ,  De c e m b e r   20 24 ,   pp.   1 8 36 ~ 1 8 48   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I :  10 . 11591/i j e e cs .v 3 6 . i 3 . pp 1 8 36 - 1 8 48             1836     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   A r t ific ia l   in t e ll ig e n c e - b ase d   w e at h e r   p r e d ic t io n   f r am e w o r k   u si n g   n e u r al   n e t w o r k s       K e s h av   K au s h ik 1 ,   G u n j an   Chh ab r a 2 , 3 ,   S al il   B h ar an y 4 ,   At e e q   Ur   Re h m an 5 ,   Hab ib   Ham am 6 , 7 , 8 , 9   1 A mi t y  S c h oo l   of   E ngi ne e r in g a nd  T e c hn o l o g y ,   A m it y  U ni v e r s it y  P unj a b,  M o ha li ,   I ndi a   2 D e pa r tm e nt   of   C S E ,   G r a phi c   E r a   H il l   U ni v e r s it y ,   D e hr a dun,   I ndi a   3 G r a phi c   E r a   D e e m e d   to   be   U ni ve r s it y ,   D e h r a dun ,   I ndi a   4 C hi tk a r a   U ni ve r s it y   I ns ti tu t e   of   E ngi n e e r in g   a nd   T e c hn o l o g y ,   C hi tk a r a   U ni v e r s it y ,   P unj a b,   I ndi a   5 S c h oo l   of   C o mput in g,   G a c h o n   U ni ve r s it y ,   S e o ngna m,   R e publ i c   of   K o r e a   6 F a c ul t y   of   E ngi n e e r in g,   U ni   de   M o nc t o n,   M o n c t o n,   C a na da   7 S c h oo l   of   E l e c tr ic a l   E ng in e e r in g ,   U ni v e r s it y   of   J o ha nn e s bur g ,   S o ut h   A f r i c a   8 H o d ma s   U ni ve r s it y   C o l le g e ,   T a l e h   A r e a ,   M o ga di s hu,   B a na di r ,   S o ma li a   9 B r id ge s   f or   A c a d e mi c   E xc e ll e nc e ,   S p e c tr um ,   T uni s ,   T uni s ia       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le   h is tor y :   R e c e i ve d   M a r   23 ,   202 4   R e vi s e d   A ug   7 ,   202 4   A c c e pt e d   A ug   25 ,   202 4       Fo r   h u m an s ,   w e at h e r   p r e d i c t i o n   is   v i t al   in   m ak i n g   rat i o n al   ev e r y d a y   c h o i ce s   an d   a v o i d i n g   r i s k .   A cc u rat e   w e at h e r   fo r ec as t i n g   is   r eg ard ed   as   o n e   of   the   w o rl d ’ s   mo s t   d i ff i c u l t   i s s u e s .   N ew   w eat h e r   f o r ec as t i n g ,   u n l i k e   c o n v en t i o n al   t e ch n i q u e s ,   rel i e s   on   a   mi x t u re   of   co m p u t e r   s i m u l at i o n s ,   o b s e rv at i o n   (v i a   b al l o o n s   an d   s at el l i t e s ),   an d   i n fo r m at i o n   of   p at t e rn s   an d   t ren d s   (v i a   l o c al   w e at h e r   an a l y s t s   an d   w eat h e r   s t at i o n s ).   Pr ed i c t i o n s   ar e   r en d e r ed   w i t h   fa i r   p re ci s i o n   u s i n g   s u c h   t ec h n i q u e s .   Pr e d i c t i o n   al g o r i t h m s   b as e d   on   co m p l i c at ed   fo rmu l as   ru n   the   m aj o ri t y   of   co m p u t at i o n a l   m o d e l s   u s ed   fo r   p red i c t i o n .   T h i s   p ap e r   h i g h l i g h t s   t h e   p re d i c t i o n   of   w e at h e r   w i t h   the   art i fi c i a l   n eu ral   n e t w o rk s   (A N N )   u s i n g   the   l at e s t   av ai l ab l e   s m art   c o m p u t i n g   d ev i ce s .   To   as s e s s   t h e   e ff ec t i v en e s s   of   the   mo d el ,   c o m p ari s o n   r e s e ar c h   is   c o n d u c t ed   w i t h   the   o t h e r   e x i s t i n g   mo d el s   in   the   s ame   ar e a.   The   r e s u l t   d em o n s t rat e s   t h at   our   ap p ro ach   is   b e t t e r   in   co m p ari s o n   to   o t h e r   s i mi l ar   r e s e ar c h   an d   p ro d u c t s .   T h e   c o m p arat i v e   an a l y s i s   h as   b een   u n d e rg o n e   w h i ch   co n f i r m s   the   s u p e ri o ri t y   of   our   p ro p o s e d   t ec h n i q u e s   w i t h   an   a ccu racy   of   9 0 . 4 % .   K e y w o r d s :   A r t i f i c i a l   i n t e ll i g e n c e   I n t e r n e t   of   t hi n gs   Ne ur a l   n e t wor ks   S m a r t   c o m put i n g   de vi c e s   W e a t h e r   pr e d i c t i o n   Th i s   is   an   o p en   a c ces s   a r t i c l e   u n d e r   the   CC   BY - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din g   A u th or :   A t e e q   Ur   R e hm a n   S c h o o l   of   C o m put i n g,   Ga c h o n   U ni ve r s i t y   S e o n gn a m - 13120,   R e publi c   of   K o r e a   E m a i l :   202411144 @ ga c h o n . a c . kr       1.   I NT RODU C T I ON   T h e   i n t e gr a t i o n   of   i n t e r n e t   of   t hi n gs   ( I o T )   de vi c e s   in   we a t h e r   pr e d i c t i o n   m o de l s   hi g hli g h t s   t h e   n e c e s s i t y   f o r   r o b us t   s e c ur i t y   m e a s ur e s   to   s a f e gua r d   a ga i ns t   p ot e n t i a l   t h r e a t s   [ 1] .   A   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e   is   a   c o n t e x t - a wa r e   e l e c t r o ni c   de vi c e   c o n s i s t i ng   of   a uto n o m o us   c o m put a t i o n   a n d   da t a s e t   s h a r i n g   t h r o ug h   w i r e d   or   wi r e l e s s   c o n n e c t i o n s   w i t h   ot h e r   de vi c e s .   C o n tex t   pe r c e p t i o n ,   a uto n o m o us   c o m put a t i o n ,   a n d   n e t wo r ki n g   a r e   t h e   t h r e e   ke y   f e a t ur e s   of   a   s m a r t   c o m put e r .   T hi s   de s c r i pt i o n   a dh e r e s   to   t h e   I o T   c o r e   c o n c e pt ,   whi c h   is   t h a t   e a c h   a n d   e v e r y   ‘ t hi ng ’   m a y   be   a   pa r t   of   i t .   If   s e n s o r s   a r e   i n t r o duc e d,   a   s m a l l   a m o un t   of   pr o c e s s i ng   powe r ,   a n d   n e t wo r k   a c c e s s   to   a   c h a i r ,   it   c o ul d   be c o m e   a   s m a r t   c h a i r .   R a da r   a n d   li g h t   de t e c t i o n   a n d   r a n g i ng   ( L I DA R )   i ns t r u m e n t s ,   as   we l l   as   m i c r o ph o n e s ,   GPS   r e c e i ve r s ,   a n d   c a m e r a s ,   a r e   b ot h   p o s s i bl e   f o r m s   of   i nf o r m a t i o n   f o r   c o n t e x t - a wa r e   c o m put a t i o n .   A   c o n t e x t - a wa r e   m a c hi ne   m a y   c o l l e c t   da t a   f r o m   t h e s e   a n d   ot h e r   c h a nn e l s   a n d   r e a c t   us i n g   pr e - de t e r m i ne d   gu i de li ne s   or   c o m p ut a t i o n a l   i n t e ll i ge n c e .   T h e   c o r e   f e a t ur e   of   a ut o n o m o us   c o m put a t i o n   is   t h a t   it   i nv o l v e s   a   c o m put e r   or   a   gr o up   of   c o m put e r s   e x e c ut i n g   a c t i vi t i e s   i n d e pe n de n t ly   of   t he   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A r ti f icial   int e ll igenc e - bas e d  w e ather   pr e diction  f r ame w or k   us ing  ne ur al  ne t w o r k s   ( K e s ha v   K aus hik )   1837   us e r .   F o r   s t a r t e r s ,   o ur   ph o n e s   can   m a ke   r e c o m m e nda t i o n s   de p e n de n t   on   o ur   p o s i t i o n   or   t h e   we a t h e r .   F o r   t hi s   s i m p l e   mi s s i o n ,   a   s m a r t ph o n e   m us t   be   s e l f - c o n t a i n e d   a n d   m a k e   de c i s i o n s   b a s e d   on   b a c kgr o un d   da ta.   S m a r t   s y s t e m s ,   i nc l ud i ng   s m a r t   h o us e s   a n d   h o us e s ,   c a n   be   us e d   to   a dd   i nf o r m a t i o n   to   b ot h   t h e   phy s i c a l   e nvir o nm e n t   a n d   t h e r e f o r e   c a n   h e l p   s im p li f y   s y s t e m s   a n d   pr a c t i c e s .   T h e y   c a n   he l p   i nc r e a s e   pr o duc t i vi t y   a n d   m a xim i z e   a c t i vi t i e s   in   a l m o s t   e v e r y   s e c t or ,   f r o m   i n du s t r i a l   a u to m a t i o n   to   h e a l t h c a r e .   S m a r t   de vi c e s   c a n   r un   at   t h e   c h a nne l ’ s   s ur f a c e   or   on   v e r y   l im i t e d   n o de s ,   a n d   be c a us e   t h e y   a r e   s m a ll ,   t h e y   a r e   e f f i c i e n t   e n o ugh   to   h a n d l e   i n f o r m a t i o n   w i t h o u t   h a vi ng   to   t r a n s f e r   it   to   t h e   s e r v e r .   S e n s o r s ,   r e f r i ge r a to r s ,   we a r a bl e s ,   a n d   c o n t a i n e r   s hi pp i ng   a r e   a m o n g   t h e   de vi c e s   t h a t   can   o pe r a te   a uto n o m o us   w o r kf o r c e s .   T h e r e   is   a   c e r t a i n   d r a wb a c k   a s s o c i a t e d   w i t h   t h e s e   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e s   l i ke   b u s i ne s s   c a t e go r i e s   t h a t   a r e   r a p i d ly   mat ur i n g,   F a c t i o n a li s m   c o m pe t i t i o n   b e t we e n   de vi c e s   is   b e i n g   c r e a t e d   b e c a us e   of   d i g i t a l   c o nv e r ge n c e .   In   c e r t a i n   p l a c e s ,   t h e   de m a n d   is   f l o o de d.   S upp or t i v e   r e l a t i o ns hi p   t i m e s   on   n o n - s u b s i d i z e d   de vi c e s   l i ke   t a bl e t s   a n d   P C s ,   whil e   t h e r e   is   no   gr o un d   b r e a k i n g   t e c h n o l o g y   h e r e ,   j u s t   e n t i c i n g   pr o duc t   e n ha n c e m e n t s .   S u r v e y   r e s u l t s   by   US   c o m pe t i t o r s   LLC   we r e   m i xe d   [ 2 ],   a n d   a   dr o p   in   P C s   a n d   a s s o c i a t e d   s o c ke t s ,   I /O   i n t e r f a c e s ,   a n d   s e pa r a bl e ,   d i s c r e t e   c o n n e c t i o n   i t e m s   w i ll   be   r e qu i r e d   to   c o u n t e r b a l a n c e   a   de c l i ne   in   e c o n o m i c a l ly   h e a l t hy ,   e xpa n d i ng   m a r ke t s .   S o m e   f i r m s   m a y   h a v e   b e e n   a bl e   to,   s h o u l d   h a v e   be e n   a bl e   to ,   or   wi ll   be   r e qui r e d   to   e x t e n d   t h e i r   pr o duc t   l i ne s   to   i n c l ude   mi c r o - pa c ka g i n g - r e l a t e d   t e c h n o l o g i e s   r e qu i r e d   f o r   f ut ur e   i n t e r c o n ne c t   a ppl i c a t i o ns .   S o m e   h a v e   do wn p l a y e d   t h e   im po r t a n c e   of   t h e s e   hi g h - v o l u m e ,   l o w - c o s t   m a r ke t s ,   s o m e t i m e s   to   t h e i r   de t r i m e n t .   H o s t i l e   v e hi c l e   mi t i ga t i o n   ( HVM )   pr o v i de s   t h e   c o r n e r s to n e   f o r   l o w - c o s t   m a n u f a c t ur i n g,   a l l o w i ng   v a r i o us   s p i n o f f s   to   hi g h e r - v a l ue d,   m o r e   s pe c i a li z e d   a pp li c a t i o ns .   T h e   wo r l dw i de   e s t i m a t i o n   of   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e s   [ 3 ]   is   s h o wn   in   F i g ur e   1.           F i g ur e   1 .   W o r l dw i de   e s t i m a t e   of   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e s   ( i n   m il li o n s )       T h e   s t a n da r d   a ppr o a c h   to   we a t h e r   pr e di c t i o n   is   s y n o pt i c   we a t h e r   f o r e c a s t i n g,   whi c h   is   t h e   f i r s t   pr o c e s s .   Un t i l   t he   l a t e   1950s ,   t hi s   wa s   t h e   do m i n a n t   m o de   of   c o m m u ni c a t i o n .   T h e   t e r m   ‘ s y n o pt i c ’   r e f e r s   to   t h e   de t e c t i o n   of   v a r i o us   w e a t h e r   c o m po ne n t s   at   a   g i v e n   t i m e .   To   a   we a t h e r   f o r e c a s t e r ,   a   we a t h e r   f o r e c a s t   t h a t   r e pr e s e n t s   we a t h e r   pa tt e r n s   at   a   c e r t a i n   t i m e   is   a   s y n o pt i c   c h a r t .   E v e r y   da y ,   a   m e t e or o l o g i c a l   c e n t r e   c r e a t e s   a   s e que n c e   of   s y n o pt i c   gr a phs   to   ge t   an   o v e r a l l   p i c t ur e   of   t h e   e v o l vi ng   we a t h e r   t r e n d.   W e a t h e r   pr e di c t i o n s   a r e   b u il t   on   t h e   f o un d a t i o n   of   s uc h   s y n o pt i c   m a p s .   To   m a ke   a   pr e d i c t i o n ,   n u m e r i c a l   we a t h e r   pr e d i c t i o n   ut i li z e s   t h e   c o m put a t i o n a l   po we r   of   c o m put e r s .   W e a t h e r   pr e d i c t i o n s   m o de l s   a r e   s o phi s t i c a t e d   c o m put e r   s y s t e m s   t h a t   o pe r a t e   on   s upe r c o m put e r s   t h a t   m a ke   f o r e c a s t s   f o r   a   v a r i e t y   of   e nvi r o nm e n t a l   f a c t o r s   s uc h   as   t e m pe r a t ur e ,   pr e s s ur e ,   wi n d,   a n d   r a i nf a ll .   A   m e t e o r o l o g i s t   l o o k s   at   h o w   we l l   t h e   c o m put e r ’ s   f ut ur e   f e a t ur e s   can   wo r k   to   c r e a t e   t h e   c l im a t e   f o r   t h e   da y .   S t a t i s t i c a l   m e t h o ds   r e l y   on   we a t h e r   da t a   f r o m   t h e   pa s t ,   pr e di c t i n g   t h a t   t h e   f ut ur e   wi ll   be   c l o s e   to   t h e   pa s t .   T h e   ke y   a im   of   r e s e a r c hi ng   hi s t o r i c a l   we a t h e r   da t a   is   to   de c i d e   whi c h   e l e m e n t s   of   t h e   we a t h e r   a r e   s tr o n g   pr e d i c t or s   of   f ut ur e   a c t i vi t i e s .   A r t i f i c i a l   n e ur a l   n e t wo r k   ( A NN )   wa s   c r e a t e d   in   1986   a n d   h a s   a tt r a c t e d   a   l o t   of   i n t e r e s t   f r o m   r e s e a r c he r s   b e c a u s e   it   can   s o l ve   c o m p l e x   n o n - li ne a r i t y   c h a ll e n g e s   b e t t e r   t h a n   t r a di t i o n a l   a ppr o a c h e s .   Ove r   t h e   pa s t   f i ve   y e a r s ,   A NN   h a s   de v e l o pe d   dr a m a t i c a ll y .   S i n c e   t h e   c l im a t e   da t a s e t   is   n o n - l i ne a r ,   we a t h e r   pr e d i c t i o n   c a n   be   do n e   us i ng   an   ANN .   M a ny   m e t e o r o l o gi c a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   3 ,  De c em b e r   20 24 :   1 8 36 - 1 8 48   1838   t e c h n o l o g i e s ,   i nc l ud i ng   we a t h e r   pr e d i c t i o n s ,   h a v e   us e d   m a c hi ne   l e a r ni ng.   T h e y   h a ve   b e e n   d i s c o v e r e d   to   be   m o r e   e f f e c t i v e   t h a n   a ny   c o nv e n t i o n a l   e x pe r t   s c h e m e .   S o m e   of   t h e   wo r l d ’ s   m o s t   a dv a n c e d   c o m put e r s   m a ke   to da y ’ s   we a t h e r   f o r e c a s t s .   E a c h   s e c o n d,   t h e   g i g a n ti c   m a c hi ne s   do   m i ll i o ns   of   c a l c u l a t i o ns   to   s o l v e   e qua t i o ns   t h a t   pr e di c t   t e m pe r a t ur e ,   wi n d s ,   pr e c i p i t a t i o n ,   a n d   ot h e r   e n vi r o nm e n t a l   e v e n t s .   E v e n   f o r   t h e   m o s t   a dv a n c e d   c o m put e r s   a r e   pu t   to   t h e   t e s t   wh e n   s pe e d   a n d   a c c u r a c y   a r e   r e qui r e d   in   a   f o r e c a s t .   It   i s   po s s i bl e   t h a t   th e   wo r l d   w i ll   t a ke   a   dr a s t i c a ll y   d if f e r e n t   d i r e c t i o n .   A r t i f i c i a l   i n t e ll i g e n c e   (A I)   m o de l s   o f f e r   pot e n t i a l   to   pr o vi de   f a s t e r ,   m o r e   a c c ur a t e   we a t h e r   f o r e c a s t s ,   as   s h o wn   in   a   c o l l a b o r a t i o n   be t we e n   t h e   Uni ve r s i t y   of   W a s hi n gto n   a n d   M i c r o s o f t   R e s e a r c h .   UW   Ne ws ,   2020   [ 4 ].   In   or de r   to   i n t e gr a t e   s uc c e s s f u l   AI   m e t h o ds   w i t h   we a t h e r   f o r e c a s t i n g,   t h e   r e s e a r c h e r s   p l a c e d   t h e   s i x   s i d e s   of   a   c u b e   o n t o   t h e   g l o b e   E a r t h   a n d   t h e n   f l a t t e n e d   o u t   t h e   c ub e ’ s   s i x   f a c e s ,   l i ke   in   an   a r c hi t e c t ur e   pa pe r   m o de l .   B e c a us e   of   t h e i r   pa r t i c u l a r   s i g ni f i c a nc e   in   t h e   we a t h e r ,   t h e   a ut h o r s   h a n d l e d   t h e   po l a r   f a c e s   d i f f e r e n t l y   as   a   m e a ns   to   e n h a n c e   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y .   T h e   a ut ho r s   t h e n   put   t h e i r   m o de l   to   t h e   t e s t   by   e s t i m a t i n g   t h e   wo r l d w i de   he i g h t   of   t h e   500   h e c t o pa s c a l   pr e s s ur e   e v e r y   12   h o ur s   f o r   a   y e a r .   W e a t h e r B e n c h   is   a   b e nc hm a r k   t e s t   f o r   we a t h e r   f o r e c a s t s   b a s e d   on   da t a .   On e   of   t h e   t o p   pe r f o r m e r s   in   t h a t   f o r e c a s t i n g   t e s t,   whi c h   wa s   m a de   f o r   t h r e e - da y   e s t i m a t e s ,   wa s   t hi s   n e w   m o de l .   T he   a ut h o r s   n o t e   t h a t   m o r e   i nf o r m a t i o n   wo u l d   be   n e e de d   f o r   t h e   da t a - dr i v e n   m o de l   b e f o r e   it   c o ul d   s t a r t   c o m pe t i n g   w i t h   c ur r e n t   o pe r a t i o n a l   f o r e c a s t s ,   b ut   t h e   i de a   ha s   pr o m i s e   as   a   f r e s h   a ppr o a c h   to   pr o duc i n g   we a t h e r   f o r e c a s t s ,   pa r t i c u l a r l y   g i ve n   t h e   gr o w i n g   a m o u n t   of   hi s t or i c a l   f o r e c a s t s   a n d   w e a t h e r   f i nd i ngs .   U n de r s t a nd i n g   t h e   e c o n o m i c   i m pa c t   of   s e ve r e   we a t h e r   e v e n t s   e m p ha s i z e s   t h e   n e e d   f o r   a c c ur a t e   we a t h e r   pr e d i c t i o n   to   mi t i ga t e   f i na n c i a l   r i s k s   [ 5] .   T h e   s uc c e s s   of   m a c hi ne   l e a r ni ng   in   de v e l o p i ng   a   C OV I D - 19   wa r ni n g   s ys t e m   [ 6]   s h o wc a s e s   t h e   pot e n t i a l   of   s im i l a r   a ppr o a c h e s   in   we a t h e r   pr e d i c t i o n .   A d v a n c e d   pr e d i c t i o n   s uc h   as   m u l t i c l a s s   pr e d i c t i o n   h a s   be e n   a l s o   us e d   [7 ] ,   [ 8] .   K e y   a s p e c t s   a n d   n o v e l   e l e m e n t s :  t h i s   s t ud y   i n t r oduc e s   a   uni que   a ppr o a c h   to   we a t h e r   pr e di c t i o n .   It   e m p l o y s   A NN   to   a n a l y z e   a n d   f o r e c a s t   we a t h e r   pa tt e r n s .   T h e   i nn o v a t i v e   a s pe c t   l i e s   in   t h e   ut i li z a t i o n   of   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e s   f o r   da t a   c o l l e c t i o n   a n d   a n a lys i s .   T h e s e   de vi c e s ,   e qu i ppe d   w i t h   va r i o us   s e ns o r s ,   ga t h e r   r e a l - t i m e   e nvi r o nm e n t a l   da t a .   T hi s   da t a   f o r m s   t h e   f o u n da t i o n   f o r   t h e   n e ur a l   ne t wor k ’ s   t r a i ni ng   a n d   p r e d i c t i o n   pr o c e s s e s .   T h e   f r a m e wo r k   di f f e r s   f r o m   t r a di t i o n a l   we a t h e r   pr e di c t i o n   m e t h o ds   by   it   i s   r e l i a nc e   on   d i r e c t   da t a   i nput   f r o m   I o T - e n a bl e d   de vi c e s ,   e nha n c i ng   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y .   An o t h e r   n o v e l   e l e m e n t   is   t h e   i n t e gr a t i o n   of   m a c hi ne   l e a r ni ng   a l go r i t hm s   w i t h   t r a di t i o n a l   we a t h e r   f o r e c a s t i n g   t e c h ni que s .   T hi s   c o m bi na t i o n   o f f e r s   a   m o r e   d y n a mi c   a n a ly s i s   of   we a t h e r   pa tt e r n s .   T h e   s t udy   a l s o   e x p l o r e s   t h e   i m pa c t   of   c l im a t e   c h a n ge   on   pr e d i c t i o n   m o de l s .   It   a c kn o w l e dge s   t h e   i n c r e a s i ng   un pr e d i c t a bi li t y   of   we a t h e r   pa tt e r n s   a n d   a da pt s   it   i s   m e t ho d o l o g y   a c c o r di n g ly .   T h e   r e s e a r c h   a i m s   to   i m pr o v e   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y   a n d   r e l i a bil i t y ,   f o c us i ng   on   n e x t - da y   we a t h e r   f o r e c a s t s .   It   hi g hli g h t s   t h e   s i g ni f i c a n c e   of   a dv a n c e d   c o m put i n g   a n d   a r t i f i c i a l   i n t e ll i ge n c e   in   a ddr e s s i ng   c o m p l e x   e nvi r o nm e n t a l   c h a ll e n ge s .   T hi s   a ppr o a c h   r e pr e s e n t s   a   f o r wa r d - t hi n k i ng   c o n t r i b ut i o n   to   t h e   f i e l d   of   we a t h e r   pr e di c t i o n ,   pr o m i s i ng   e nh a n c e d   a c c ur a c y   a n d   e f f i c i e nc y   in   f o r e c a s t s .       2.   RE L AT E D   L I T E RA T U RE   2 . 1 .     Cur r e n t   r e s e a r c h   T h e   a ut h o r s   e x a m i ne d   312   pa pe r s   a n d   j o ur n a l   pu bli c a t i o n s   f r o m   I E E E ,   A C M ,   a n d   E l s e vi e r   as   we l l   as   ot h e r   r e f e r e n c e d   j o ur n a l s   t h a t   h a v e   b e e n   publi s h e d   dur i n g   2018   to   da t e .   T h e   publ i c a t i o ns   we r e   c a t e g o r i s e d   b a s e d   on   r e s e a r c h   e v a l u a t i o ns ,   ke y wo r ds ,   a n d   f i n d i n gs   to   m a t c h   t h e   pe r t i n e n t   wor k   a n d   f i nd i ngs   w i t h   t hi s   r e s e a r c h .   T h e   a ut h or s   n a r r o we d   d o wn   t h e   r e l e va nt   l i t e r a t ur e   us i n g   t h e   s e l e c t i o n   m e t h o ds   i n d i c a t e d   b e l o w   to   a r r i ve   at   t h e   f i na l   31   s t udi e s   s h o wn   in   F i g ur e   2.   T h e   f i na l   31   s t udi e s   t h a t   we r e   c h o s e n   we r e   gr o upe d   as   s h o wn   in   T a bl e   1   f o r   wo r ks   t h a t   c l o s e l y   m a t c h e d   t h e   m e t a da t a ,   s y n o ps i s ,   a n d   ke y wo r ds   l i ke   we a t he r   pr e d i c t i o n ,   pr e d i c t i o n   m o de l s ,   a r t i f i c i a l   i n t e ll i ge n c e ,   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e s ,   m a c hi ne   l e a r ni ng,   a n d   I o T .   An   o v e r a l l   d i s t r i b ut i o n   r a t i o   of   be t we e n   16   a n d   25 %   wa s   i n d i c a t e d   by   t h e   c a t e g o r i z a t i o n .           F i g ur e   2 .   R e s e a r c h   s e l e c t i o n   m e t h o do l o g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A r ti f icial   int e ll igenc e - bas e d  w e ather   pr e diction  f r ame w or k   us ing  ne ur al  ne t w o r k s   ( K e s ha v   K aus hik )   1839   T a bl e   1.   R e s e a r c h   pa pe r s   a n d   s u b c a t e gor i e s   C la s s if ic a ti o n   F ir s t   s ta ge   S e c o nd   s ta ge   T h ir d   s ta ge   F in a l   s ta ge   B r e a kup   ( % )   W e a th e r   p r e di c ti o n   65   42   16   6   20.83   A r ti f i c ia l   in t e ll ig e nc e   77   49   19   8   24.68   M a c hi ne   l e a r ni ng   64   41   16   6   20.51   S ma r t   de v i c e s   51   33   13   5   16.35   I nt e r ne t   of   th in gs   55   35   14   5   17.63     312   200   78   31         S e v e r a l   k e y   s e c t o r s ,   s uc h   as   a gr i c u l t ur e ,   r e l y   on   w e a t h e r   f o r e c a s t i n g   f o r   pr o duc t i o n .   T h e s e   f o r e c a s t s   h a v e   an   im pa c t   on   a   c o un tr y ’ s   e c o n o m y   a n d   pe o pl e ’ s   li ve s ,   e v e n   as   t h e y   h a ve   be c o m e   l e s s   e f f e c t i v e   a n d   m o r e   c h a o t i c   as   t h e   c li m a t e   h a s   c ha n ge d   at   a   r a pi d   pa c e .   S i n g h   e t  al.   [ 9]   c r e a t e d   a n d   pr e s e n t e d   a   l o w - c o s t,   po r t a bl e   we a t h e r   pr e di c t i o n   s y s t e m   to   t a c kl e   t h e s e   c ha l l e nge s .   T h e   pr o p o s e d   a ppr o a c h   pr o vi de d   a   m o r e   a c c ur a t e   a n d   de pe n d a bl e   a l t e r n a t i v e   f o r   f o r e c a s t i n g   we a t h e r   in   r e m o t e   pl a c e s .   To   a n t i c i p a t e   m e t e o r o l o g i c a l   c o n d i t i o n s ,   t h e   a ut h o r s   us e d   m a c hi ne   l e a r ni ng   a n d   da t a   a n a l y t i c s   a l go r i t hm s   s u c h   as   t h e   r a n do m   f o r e s t   ( R F )   c l a s s if i c a t i o n .   Va s a n t h a   e t  al.   [ 10]   us e d   m a c hi ne   l e a r ni n g   a n d   da t a   a n a l y t i c s   to   p r o vi d e   an   i mi t a t i o n   m o de l   f o r   pr e d i c t i n g   v a r i e d   c li m a t e   c o n d i t i o n s   a c r o s s   t h e   I n d i a n   s u b c o n t i n e n t .   T h e   s t a n da r d   we l l s pr i ng   of   da t a   f o r   di r e c t e d   t a ki n g   in   w i ll   be   c o m p il e d   f r o m   I n d i a n   go v e r nm e n t   da t a s e t s   a n d   t h e   m a c hi ne   l e a r ni ng   da t a   b a n k.     He a t s tr o ke   is   d i s a s t r o us   f o r   a   f e w   c o un t r i e s ,   in   p a r t i c u l a r   b e c a us e   of   c li m a t e   c h a n ge .   R e s i de n t s   of   d i f f e r e n t   pl a c e s   a r e   n o t   a dvi s e d   of   t h e   da n ge r s   of   c o m i ng   to   t h e i r   a r e a s   be c a u s e   t h e y   a r e   to l d   th e   c i t y ’ s   a v e r a ge   t e m pe r a t ur e ,   e v e n   t h o ugh   t h e   t e m p e r a t ur e   f l uc t ua t e s   at   di f f e r e n t   h e i g h t s   a n d   o v e r   s h o r t   d i s t a nc e s .   Dur r a ni   e t  al.   [ 11] ,   p r o p o s e d   a   s m a r t   we a t h e r   s t a t i o n   to   m o ni t o r   a n d   a n t i c i p a t e   m e t e or o l o g i c a l   da t a   as   we l l   as   s e n d   o u t   r a pi d   a l e r t s   to   r e s i de n t s   in   v a r i o us   p l a c e s .   C l im a t e   c h a n ge   u n c e r t a i n t y   m a ke s   de c i s i o ns   a bo u t   f o o d   pr o duc t i o n   a n d   c o s t,   as   we l l   as   pr o c ur e m e n t   c o s t s   a n d   qua n t i t i e s ,   i n c r e a s i ng ly   d i f f i c u l t .   F o r   t h e   di s t r i b ut i o n   in   C a n a da   [ 12] ,   pr o vi de d   a r t i f i c i a l   i n t e ll i ge nc e - ba s e d   f o r e c a s t i n g   m o de l s   t h a t   we r e   t r a i n e d,   t e s t e d ,   a n d   c o m pa r e d   f o r   pr e d i c t i n g   f ut ur e   da i ly   o f f e r   pr i c e s   us i ng   m ut ua l   t r a ns a c t i o n s .     J a d h a v   e t  al.   [ 13] ,   s ugge s t e d   a   s i m p l e ,   e a s y - to - us e   m e t h o do l o g y   f o r   a c c ur a t e l y   pr e d i c t i n g   a gr i c u l t ur a l   pr i c e s   in   t h e   f a c e   of   c h a n g i ng   m e t e or o l o gi c a l   c o n d i t i o n s .   Us i ng   da t a   s uc h   as   r a i nf a ll ,   m o n t h ,   wh o l e s a l e   pr i c e   i n d e x ,   a n d   y e a r ,   m a c hi ne   l e a r ni n g   de c i s i o n   t r e e   r e gr e s s i o n   t e c hni qu e s   we r e   us e d   to   pr e di c t   c r o p   pr i c e .   T h e   m o de l   s upp li e d   f a r m e r s   w i t h   a   hi g h - l e v e l   f o r e c a s t   t h a t   i nc l ude d   we a t h e r   f o r e c a s t i n g,   c r o p   a n d   f e r t i li z e r   r e c o m m e n da t i o n s ,   a n d   c o o pe r a t i o n   a n d   c h a t   por t a l s   f o r   s h o ppi n g   a n d   gu i d i ng   f a r m e r s .   Ha t i m   e t  al.   [ 14] ,   r e vi e we d   t he   l i t e r a t ur e   on   s o m e   of   t h e   s t r a t e gi e s   e m p l o y e d   by   v a r i o us   s c h o l a r s   to   a n t i c i pa t e   pr e c i p i t a t i o n   us i ng   AI .   In   r e c e n t   de c a de s ,   we a t h e r   f o r e c a s t i n g   h a s   gr o wn   in   i m po r t a n c e   as   a   s c i e n t i f i c   t o pi c .   In   m o s t   c a s e s ,   t h e   r e s e a r c he r s   s o ugh t   to   c r e a t e   a   l i ne a r   r e l a t i o n s hi p   b e t we e n   t h e   m e t e o r o l o g i c a l   c o n d i t i o n s   pr o vi de d   a n d   t h e   r e que s t e d   da t a .   Ne v e r t h e l e s s ,   a f t e r   t h e   a d v e n t   of   no n - l i ne a r   we a t h e r   c o n d i t i o ns ,   t h e   e m p h a s i s   h a s   t ur n e d   to   n o n - l i ne a r   m e t e o r o l o g i c a l   da t a   pr e d i c t i o n .   To   e s t i m a t e     i c e - gr o wt h - i n duc e d   pr o duc t i vi t y   l o s s e s ,   S c h e r   a n d   M o l i nde r   [ 15] ,   pr o p o s e d   a   s t a t i s t i c a l   t e c hni que   ba s e d   on   r a n do m   f o r e s t   r e gr e s s i o n .   It   a n t i c i p a t e s   r e l a t i v e   pr o duc i n g   po we r   l o s s   a he a d   of   t i m e   us i ng   r e g i o n a l   we a t h e r   pr e d i c t i o n s   a n d   on - s i t e   da t a   to   i m pr o v e   pr o j e c t i o n s   f o r   t h e   n e x t   da y ’ s   po we r   ge n e r a t i o n .   P a v u l ur i   e t  al.   [ 16 ] ,   a n t i c i pa t e d   c h a n ge s   in   t e m p e r a t ur e   in   s pe c if i c   p l a c e s .   T h e   AI - b a s e d   a l go r i t hms   c a l c u l a t e d   t h e   m e a n   va l ue s ,   m e d i a n   v a l ue s ,   c o n f iden c e   v a l ue s ,   a n d   pr o b a bil i t y ,   as   we l l   as   hi g hl i g h t i n g   t h e   d i f f e r e n c e s   b e t we e n   p l ot s   of   a l l   t h r e e   a l go r i t hm s ,   a m o n g   ot h e r   t hi n gs .   F i n a ll y ,   t h e   a u t h o r s   pr o j e c t e d   wh e t h e r   t h e   t e m pe r a t ur e   wo ul d   r i s e   or   f a l l   a n d   if   it   wo u l d   r a i n   or   n ot,   us i n g   t h e s e   a l go r i t hm s .   T h e   da t a s e t   is   e n t i r e ly   de pe n d e n t   on   t h e   we a t h e r   of   a   c e r t a i n   l o c a t i o n   a n d   i n c l ude s   a   f e w   o bj e c t s   s uc h   as   t h e   y e a r ,   m o n t h ,   a n d   t e m pe r a t ur e ,   as   we l l   as   f o r e c a s t e d   v a l u e s .   T h e   a u th o r s   of   [ 17 ] - [ 19]   o f f e r e d   t e c hni que s   f o r   f a r m e r s   to   c a p t ur e   t h e   y i e l d   of   t h e i r   c r o ps   b e f o r e   c ul t i v a t i o n   a n d   so   a s s i s t   t h e m   in   m a k i n g   t h e   a ppr o p r i a t e   de c i s i o ns   in   t h e   f i e l d   of   a gr i c u l t ur e .   T h e   m a c hi ne   l e a r ni ng   a l go r i t hm   c a n   t h e n   be   d i s t r i b ut e d   a f t e r   i m p l e m e n t a t i o n   w i t h   we b - b a s e d   vi s u a l   s o f t wa r e   t h a t   is   s im p l e   to   us e .   T h e   f a r m e r   is   g i v e n   a c c e s s   to   t h e   r e s u l t s   o b t a i n e d.     T h e   ur b a n   he a t   i s l a n d   e f f e c t   is   we ll - k n o w n   f o r   m a k i ng   c i t i e s   wa r m e r   t h a n   t h e i r   r ur a l   e nvi r o ns .   P r e d i c t i n g   ge o gr a phi c a l   d i s t r i b ut i o n   is   a   s t e p   to wa r d   i m p l e m e n t i n g   t h e   S m a r t   C i t y   i de a   of   pr o vi d i ng   an   e a r l y   wa r ni ng   s y s t e m   f o r   v u l ne r a bl e   gr o ups .   Vu l o v a   e t  al.   [ 20] ,   t h e   s pa t i a l   d i s pe r s i o n   of   ur b a n   c o n d i t i o n s   h a s   b e e n   c o n s t r a i n e d   t h us   f a r   by   t h e   poo r   s pa t i a l   r e s o l ut i o n   of   t r a di t i o n a l   da t a   s o ur c e s .   V o l u n t e e r e d   ge o gr a phi c   i n f o r m a t i o n   g i ve s   a l t e r na t i ve   da t a   w i t h   gr e a t e r   s pa t i a l   de n s i t y ,   w i t h   c i t i z e n   we a t h e r   s t a t i o ns   c o n t i n ua ll y   m o ni t o r i n g   t hi s   in   h u n dr e ds   or   t h o us a n ds   of   s i t e s   t h r o ugh o u t   a   s i n g l e   c i t y .   T h e   a ut h o r   s ugge s t e d   a   m a c hi ne - l e a r ni ng - ba s e d   t e c hni qu e   f o r   f o r e c a s t i n g   po we r   c o n s u m pt i o n   u s i ng   m e t e or o l o g i c a l   d a t a .   T h e   pr o p o s e d   t e c h ni que   c a n   a n t i c i pa t e   e n e r g y   us a ge   w i t h   a   c or r e l a t i o n   c o e f f i c i e n t   of   75. 7%   us i n g   a   da t a s e t   of   o b s e r v a t i o n s   f r o m   do m e s t i c   a pp li a n c e s   s pa nni ng   350   da y s   in   c o m b i na t i o n   w i t h   m e t e or o l o g i c a l   c o n d i t i o n s .     B r a him   [ 21] ,   pr o j e c t e d   l o n g   s h o r t - t e r m   m e m o r y   f o r   i n d e x   s e que n c e   a n d   gr i d   da t a   t h a t   c o n t a i n e d   t e m po r a l   a n d   s pa t i a l   i n t e r de pe n de nc i e s .   T h e   a n t i c i pa t e d   i n de x   m a y   be   de t e r m i ne d   by   pr o j e c t i n g   o utput   o n to   t h e   a n o m a l o us   pa tt e r n .   T h e   a ut h o r s   pr e - pr o c e s s e d   da t a   us i n g   d i s c r e t e   wa v e l e t   t r a n s f o r m   a n d   pr o p os e d   t w o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   3 ,  De c em b e r   20 24 :   1 8 36 - 1 8 48   1840   m o de l s   f o r   i n de x   da t a   a n d   gr i d   da t a ,   r e s pe c t i ve l y ,   to   i m pr o v e   pr e di c t i o n   a c c ur a c y ,   pa r t i c u l a r l y   f o r   s e v e r e   o c c ur r e n c e s .   S h a r m a   e t  al.   [ 22]   de m o n s t r a t e s   h o w   a   S m a r t   Ga t e wa y   m a y   be   us e d   to   c o l l e c t   s e ns o r   d a t a   f r o m   n e t wo r ks   i n s t a l l e d   in   a   gr e e nh o us e ,   whi c h   c a n   t h e n   be   r e i nf o r c e d   w i t h   a   n e ur a l   n e t wo r k   pr e di c t i o n   m o de l   to   e s t i m a t e   t h e   gr e e n h o us e ’ s   i n t e r i o r   a i r   t e m pe r a t ur e .   W i t h   an   R2   s c o r e   of   0. 965   a n d   a   r oot   m e a n   s qua r e   e r r o r   ( R M S E )   of   1. 50   ° C ,   a   m e a n   a b s o l ut e   pe r c e n t a ge   e r r o r   of   4. 91 % ,   a n d   a   m e a n   a b s o l ut e   pe r c e n t a ge   e r r o r   of   4. 91 % ,   t h e   n e ur a l   n e t wo r k   p r e di c t i o n   s y s t e m   c a n   e s t i m a t e   gr e e nh o us e   a i r   t e m pe r a t ur e .   Ur b a n   f l a s h   f l o o ds   [ 23]   a r e   b e c o m i ng   m o r e   c o m mo n   b e c a us e   of   r a p i d   ur b a ni z a t i o n ,   c l im a t e   c h a n ge ,   a n d   h e a vy   r a i nf a l l .   It ’ s   c r i t i c a l   to   pr e di c t   wh e n   a   f l o o d   wi ll   c o m e   so   t h a t   t h e   da m a ge   it   c a us e s   can   be   mi n im i z e d.   An   ur b a n   f l a s h   f l o o d   o c c ur s   in   a   c i t y   in   a   v e r y   s h o r t   pe r i o d,   as   t h e   n a m e   i m p li e s .   R a ni   e t   al.   [ 24 ]   de v e l o pe d   a   t h e o r e t i c a l   m o de l   t h a t   c o n s i de r s   t h e   pa r a m e t e r s   t h a t   c a us e   ur b a n   f l a s h   f l o o ds   a n d   pr e d i c t s   t h e   e v e n t   in   a dv a nc e .   Da t a   s y n t h e s e s   a r e   us e d   to   v e r if y   t h e   m o de l ’ s   s o un dne s s ,   a n d   t h e   f i nd i ng s   a r e   v a li da t e d   us i n g   an   A NN .     2 . 2 .     Re s e ar c h   gap   T h e   e x p l o r a t i o n   of   s m a r t   c o m put i n g   de vi c e s   in   w e a t h e r   pr e d i c t i o n   ha s   s h o wn   s i g ni f i c a n t   pr o m i s e .   Ho we v e r ,   t h e r e   r e m a i ns   a   c l e a r   ga p   in   t h e   i n t e gr a ti o n   of   t h e s e   t e c hn o l o g i e s   w i t h   a d v a n c e d   s e c ur i t y   m e a s ur e s   a n d   m a c hi ne   l e a r ni ng   t e c hni que s   t a i l o r e d   f o r   m e t e o r o l o g i c a l   a pp li c a t i o ns .   P r e vi o us   w o r ks   h a v e   s uc c e s s f u ll y   a pp l i e d   m a c hi ne   l e a r ni ng   in   va r i o us   do m a i ns ,   y e t   t h e i r   po t e n t i a l   in   e nh a n c i ng   we a t h e r   f o r e c a s t i n g   t h r o ugh   s e c ur e   a n d   e f f i c i e n t   da t a   c o l l e c t i on   a n d   a na ly s i s   h a s   n o t   b e e n   f u ll y   r e a li z e d.   T hi s   ga p   is   e vi de n t   in   t h e   l a c k   of   c o m pr e h e ns i ve   f r a m e wo r ks   t h a t   l e v e r a ge   I o T   f o r   r e a l - t i m e   da t a   ga t h e r i n g   w hil e   e n s ur i ng   t h e   r o b us tn e s s   a n d   r e l i a bil i t y   of   t h e   pr e d i c t i v e   m o de l s   a ga i ns t   c y b e r   t h r e a t s .   A dd i t i o n a ll y ,   t h e   p ot e n t i a l   f o r   m a c hi ne   l e a r ni ng   m o de l s   to   i m pr o v e   a c c ur a c y   in   we a t h e r   f o r e c a s t s ,   c o n s i de r i ng   t h e   va s t   a n d   va r i e d   da t a   ge n e r a t e d   by   I o T   de vi c e s ,   h a s   n o t   b e e n   f u l ly   e x p l o r e d.   Our   c o n tr i but i o n   a i m s   to   b r i dge   t hi s   ga p   by   de v e l o p i ng   a   n o v e l   a ppr o a c h   t h a t   c o m bi ne s   s e c ur e ,   s m a r t   c o m put i n g   i nf r a s t r uc t u r e s   wi t h   a d v a n c e d   m a c hi ne   l e a r ni ng   a l g o r i t hm s   f o r   we a t h e r   pr e d i c t i o n .   T hi s   i ni t i a t i v e   n o t   o nl y   a d dr e s s e s   t h e   c ur r e n t   l im i t a t i o n s   b ut   a l s o   s e t s   a   n e w   d i r e c t i o n   f o r   r e s e a r c h   in   t h e   i n t e r s e c t i o n   of   c y be r s e c ur i t y ,   I oT ,   a n d   m e t e o r o l o g y .       3.   RE S E AR CH   M E T HO D   T h e   c l im a t e   is   de f i ne d   by   p hy s i c i s t s   as   a   c o m p li c a t e d   s y s t e m .   W hil e   t h e r e   a r e   s e v e r a l   i n t e r pr e t a t i o ns ,   t hi s   i ns t a n c e   c a n   be   de e m e d   c o m p l i c a t e d   e no ugh   to   be   un s o l v a bl e   a n a ly t i c a ll y .   T hi s   m a y   a ppe a r   d i s a ppo i n t i n g,   b ut   it   pr e pa r e s   t h e   wa y   f o r   a   di v e r s e   s e t   of   n u m e r i c a l   m e t h o ds   a i m e d   at   a ddr e s s i n g   c l i m a t e   c h a n g e .   AI   a n d   m a c hi ne   l e a r ni ng   a l go r i t hm s   a r e   un do ub t e d l y   a   pa r t   of   t h e   r e c e n t   c o m put a t i o n a l   a dv a n c e s .   T h e   pr o bl e m   at   h a n d   i nv o l v e s   ut i li z i ng   s t a n d a r d   m a c hi ne - l e a r ni ng   m e t h o ds   to   e s t i m a t e   t h e   a v e r a ge   t e m pe r a t ur e .   T h e   f o l l o w i n g   is   a   s t e p - by - s t e p   a ppr oa c h   to   i m p l e m e n t i n g   t h e   s ugge s t e d   m o de l   w i t h   P y t h o n   on   a   r e a l - wo r l d   da t a s e t .     T h e   r e s e a r c he r s   us e d   t h e   A us t r a l i a n   go v e r nm e n t ’ s   W e a t h e r P e r t h . c s v   da t a s e t .   T hi s   a r c hi ve   c o n t a i ns   n e a r ly   ni ne   y e a r s   of   da i ly   we a t h e r   da t a   f r o m   a   P e r th   we a t h e r   s t a t i o n .   T h e   l a s t   c o l u m n   i n d i c a t e s   if   r a i n   f e ll   t h e   n e x t   da y .   T hi s   is   a   v a l ue   we ’ d   l i ke   to   f o r e c a s t .   As   a   r e s u l t ,   we ’ r e   de a l i ng   w i t h   a   s upe r vi s e d   l e a r ni n g   pr o bl e m   in   m a c hi ne   l e a r ni ng   t e r m s .   T h e s e   a r e   o ur   t r a i nin g   e x a m p l e s ,   a n d   t h e y   a r e   d i v i de d   i n t o   t w o   c a tego r i e s :   wh e t h e r   or   n ot   it   r a i n e d   t h e   n e x t   da y .   T hi s   s t ud y   p r o vi de s   a   da t a   m o de l   t ha t   can   f o r e c a s t   wh e t h e r   it   w i ll   r a i n   to m o r r o w   b a s e d   on   to da y ’ s   we a t h e r   c i r c u m s t a nc e s ,   e v e n   if   t h o s e   v a r i a bl e s   a r e   n ot   i de n t i c a l   to   t h o s e   e x pe r i e n c e d   pr e vi o us ly .   T h e r e   a r e   n u m e r o us   a ppr o a c h e s   to   c o n s t r uc t   s uc h   a   m o de l ,   a n d   t h e   A NN   m o de l   is   us e d   in   t hi s   s t ud y   as   i ll us t r a t e d   in   F i g ur e   3   f o r   t h e   pr o p o s e d   r e s e a r c h   m e t h o do l o g y   m o de l .     3. 1.    S t e p   1:   l oad in g   t h e   d at as e t   In   s t e p   1,   t h e   a u t h o r s   u t i li z e d   p y t h o n   pr o gr a m mi n g   to   c o m p l e t e   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   ph a s e ,   whi c h   i nc l ude d   l o a d i n g   t h e   n e c e s s a r y   l i br a r i e s   a n d   da t a s e t.   T h e   l i b r a r i e s   ut i l i z e d   we r e   s o m e   of   t h e   m o s t   we l l - k n o wn   f o r   da t a   pr o c e s s i n g,   p l o tt i n g,   a n d   m a t h e m a t i c a l   c a lcu l a t i o ns   ( P a n da s ,   Nu m P y   a n d   M a t pl o t l i b) .   T h e n   t h e r e   a r e   ot h e r s   f o r   a dv a n c e d   da t a   vi s ua li z a t i o n   ( s uc h   as   f o l iu m )   a n d   s o m e   t h a t   a r e   A R I M A   m o de l   s pe c i a li z e d   li b r a r i e s   ( l i k e   s t a t s   m o de l s ) .   T h e   f il e   we a t h e r P e r t h . c s v   c o v e r s   t h e   we a t h e r   c o n d i t i o n s   in   P e r t h .   A f t e r   l o a d i n g   t h e   C S V   f i l e ,   t h e   da t a   is   pr e - pr o c e s s e d   to   e l im i na t e   a ny   u nne c e s s a r y   v a r i a bl e s .   F o r   e f f i c i e n t   da t a   p r o c e s s i ng,   un wa n t e d   v a r i a bl e s   s uc h   as   da t e ,   r i s k   MM,   a n d   l o c a t i o n   a r e   e li mi na t e d   f r o m   t h e   da t a   f r a m e .   F o l l o w i ng   t h a t ,   t h e   B oo l e a n   v a r i a bl e s   a r e   gi ve n   a   v a l ue   of   0   or   1,   a n d   m i s s i n g   v a l ue s   a r e   r e m o v e d.   Af t e r   t h a t,   wi n d   c ha r a c t e r i s t i c s   a r e   pr o vi de d   c a r d i n a l   d i r e c t i o n   in   r a d i a ns .   T h e   ps e udo - c o de   f o r   t h a t   is   g i v e n :     Start   for var in wind_attributes:        df[var]=df[var].map( wind_angles)        df[var+‘_cos’]=np.cos(df[var])   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A r ti f icial   int e ll igenc e - bas e d  w e ather   pr e diction  f r ame w or k   us ing  ne ur al  ne t w o r k s   ( K e s ha v   K aus hik )   1841        df[var+‘_sin’]=np.sin(df[var])   df=df.drop(columns=var)   End           F i g ur e   3 .   P r o p o s e d   we a t h e r   pr e di c t i o n   f r a m e wo r k       As   s h o wn   in   F i g ur e   4,   a   s i m p l e   t h r e e - l a y e r   n e ur a l   n e t wo r k   is   b u il t   as   t he   i n put   l a y e r ,   hi dde n   l a y e r ,   a n d   o u t pu t   l a y e r .   E a c h   n o de   in   t h e   n e x t   l a y e r   to   t h e   r i g h t   is   li nke d   to   t h e   n o de s   in   t h e   pr e vi o us   l a y e r .   W e a t h e r   c o n d i t i o n s   s h o u l d   be   p l ugge d   i n t o   t h e   i n put   l a y e r ,   s uc h   t h a t   t h e s e   va l u e s   f l o w   f o r wa r d   i n t o   t h e   n e t wor k   a l o ng   w i t h   t h e   a r r o ws ,   a c c or di n g   to   t h e   a ut h or s .   T h e   we i g h t   of   each   a r r o w   d o ubl e s   t h e   v a l ue   it   c o n v e y s .   I n c o m i ng   v a l ue s   a c t i v a t e   t h e   n o de s   in   t h e   b ur i e d   l a y e r ,   a nd   t h i s   a c t i v a t i o n   is   t r a n s m i t t e d   to   t h e   n e x t   l a y e r .   It   is   t h e   o u t pu t   l a y e r   n o de   t h a t   i n d i c a t e s   wh e t h e r   or   n ot   it   w i ll   r a i n   t o m o r r o w.   T h e   n e t wo r k   b e l i e v e s   it   wi ll   r a i n   if   i t s   a c t i v a t i o n   is   c l o s e   to   o n e .   If   it ’ s   c l o s e   to   z e r o ,   t h e   ne t w o r k   b e l i e ve s   it   wo n ’ t.           F i g ur e   4 .   A r t i f i c i a l   n e ur a l   n e t wo r k   f o r   we a t h e r   pr e d i c t i o n       3. 2.    S t e p   2:   p r oc e s s in g   t h e   r e n d e r e d   d at as e t   c om p l ain t   wit h   t h e   n e u r al   n e t wo r k   In   t hi s   s t e p,   h u mi d i t y   a n d   t e m p e r a t ur e   a r e   c o n s i de r e d   w i t h   o nly   t wo   n o de s   f o r   t h e   i n put   l a y e r ,   so   t hi s   s t e p   u t i l i z e s   t w o   c o l u m ns   f r o m   t h e   s e l e c t e d   da t a s e t .   T h e   a ut h or s   i ni t i a ll y   n o r m a li z e   t h e s e   v a l ue s   f i r s t ,   so   a l l   da t a   is   in   t he   s a m e   r a n g e   f o r   t hi s   to   w o r k .   T hi s   is   o n e   r e a s o n   f o r   h a vi ng   s m a ll   v a l ue s   li ke   0. 4   a n d   0. 8.   T h e s e   v a l ue s   a r e   f e d   f o r wa r d   to   t h e   n e x t   l a y e r   a l o n g   w i t h   t h e   a r r o ws .   S o ,   f o c us i n g   on   t hi s   t o p   n o de   in   t h e   hi dde n   l a y e r ,   whi c h   de t e r m i ne s   t h e   i n put   f o r   t h e   n e x t   l a y e r .   It   is   0. 4   f r o m   t h e   h u m i d i t y   n o de   t i m e s   t wo,   a n d   th e n   a dd   t h e   0. 8   f r o m   t h e   t e m pe r a t ur e   n ot e   t h a t   is   m u l t i p li e d   by   1.   T h e   tot a l   i n put   w o ul d   be   1. 6.   T hi s   go e s   i n t o   an   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n   i n s i de   t h e   n o de   t h a t   de t e r m i ne s   wh a t   t h e   o u tpu t   of   t h e   n ot e   wi l l   be .   T h e   o u t pu t   h e r e   is   0. 7.   T h e r e f o r e ,   t hi s   is   t h e   o ut pu t   t h a t   is   s e n t   to   t h e   n e x t   l a y e r ,   m u l t i p lyi ng   it   by   0. 5.   In   t hi s   c a s e ,   w i t h   a l l   of   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   3 ,  De c em b e r   20 24 :   1 8 36 - 1 8 48   1842   i nput s   f r o m   t h e   hi dde n   l a y e r ,   t h e   o u t pu t   n o de   is   a c t i v a t e d   to   1. 0 .   T hi s   m e a ns   t h a t   t h e   n e t wor k   b e l i e ve s   t h a t   it   w i ll   r a i n   t o m o r r o w.   Ne ur a l   n e t wo r k   m o de l   pr o p o s e d   in   t hi s   r e s e a r c h   w i ll   i nc l ude   m a ny   m o r e   c o nn e c t i o n s   so   t h a t   we   m a y   us e   a ll   of   t h e   c o l u m ns   f r o m   o ur   da t a .   T h e   d i f f i c u l t   e l e m e n t   is   ge tt i n g   t h e   n e t wor k   to   s ui t   t h e   da t a .   T hi s   e n t a i l s   a d j u s t i n g   a ll   t he   we i g h t s   a n d   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n s   w i t hi n   t h e   n o de s   s uc h   t h a t   t h e   o u t pu t   pr o vi de s   t h e   c o r r e c t   r e s p o n s e .   F i g ur e   5   de p i c t s   t h e   e v o l ut i o n   of   t h e   n e ur a l   n e t wo r k ’ s   a c t i v a t i o n   f u nc t i o n .   T h e   s i g m o i d   f u n c t i o n   is   us e d   f o r   t h e   a c t i v a t i o n ,   a n d   it   b e h a v e s   l ike   t h e   s i n e   f u n c t i o n .     P a n da s   is   us e d   in   t hi s   s t ud y   to   c o n v e r t   t h e   c h o s e n   da t a s e t   a n d   m a ke   it   s u i t a bl e   w i t h   t h e   i nput   l a y e r   of   t h e   s ugge s t e d   n e ur a l   n e t wo r k   m o de l .   F i r s t ,   e x t r a n e o us   c o l u m ns   a n d   dup l i c a t e   i nf o r m a t i o n   a r e   de l e t e d,   s uc h   as   t h e   R i s kM M   pr o pe r t y ,   whi c h   is   n o t   pa r t   of   t h e   w e a t h e r   c o n di t i o ns .   B e c a us e   t h e   n u m e r i c a l   d a t a   in   o ur   i n put   l a y e r   c a nn o t   be   us e d   by   t h e   s t ud y ,   t h e   e a s i e s t   s o l ut i o n   is   to   j us t   e r a s e   t h e m .   By   c o nv e n t i o n ,   t h e   dr o pn a   m e t h o d   r e m o v e s   a ny   r o w   wi t h   an   e m pt y   v a l ue .   T h e   f o l l o w i ng   p h a s e   is   c o n c e r ne d   w i t h   B oo l e a n   c h a r a c t e r i s t i c s .   T h e s e   a r e   a l l   t h e   c o l u m ns   in   t h e   da t a s e t   t h a t   can   o n l y   h a v e   o n e   of   t w o   v a l ue s .   B e c a us e   R a i n T o da y   a n d   R a i n T o m o r r o w   j us t   h a v e   y e s   or   no   v a l ue s ,   t h e y   c a n   be   r e a d i ly   m a ppe d   f r o m   o n e   to   z e r o.     T h e   a ut h o r s   m a ppe d   t h e   wo r d   y es   to   t h e   v a l ue   o n e   a n d   n o   to   z e r o .   F o r   wi n d   d i r e c t i o n   da t a ,   t h e s e   a r e   e n c o de d   as   c a r d i n a l   d i r e c t i o n s   s h o wn   in   F i g ur e   5   l i ke   e a s t - by - s o ut h e a s t   or   s o u t h we s t .   T h e   s m a l l   n u m b e r s   f o r   t h e s e   n e ur a l   n e t wo r ks   r e pr e s e n t   t h e s e   c a r d i n a l   d i r e c t i o ns .   H o we v e r ,   t h e   or de r i n g   is   pr e s e r v e d   by   a s s i g ni ng   s o m e   v a l ue s   l i ke - z e r o   to   n o r t h ,   0. 1   to   n o r t h - by - n o r t h e a s t ,   a n d   w o r k   a r o un d   t hi s   c i r c l e :   0,   0. 1 ,   0 . 2,   0. 3 . . .   By   t h e   t i m e   t hi s   r e a c h e s   n o r t h - by - n o r t h we s t ,   t h e   a u t h o r s   a s s i g n   t h e   l a r ge s t   n u m b e r ,   a n d   y e t   t h e   s m a l l e s t   n u m b e r   wo ul d   be   a s s i g n e d   to   n o r t h .   T h e r e f o r e ,   t h a t   is   n o t   qui t e   r i g h t .   T h e   t w o   n e i g hb o ur s   s h o u l d   h a v e   v e r y   s im il a r   v a l ue s   to   f e e d   i n t o   t h e   n e ur a l   n e t wo r k .   T h e r e f o r e ,   t h e   r e s e a r c h   us e s   s i ne   a n d   c o s i n e   of   t h e   a n g l e s   to   pr e s e r v e   t h e   c y c li c   da t a   as   i ll u s t r a t e d   in   F i g ur e   6.               F i g ur e   5 .   B e h a vi o ur   of   n o de   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n   F i g ur e   6 .   C a r di n a l   d i r e c t i o ns       3. 3.    S t e p   3:   d ivi d e   t h e   d at as e t   i n t o   t e s t   an d   t r ain   s e t s   In   t h i s   s t e p,   t h e   a u t h o r s   s p l i t   t h e   da t a s e t   i n t o   t r a i ni ng   a n d   t e s t i n g   s e t s   a n d   n o r m a l i z e   i t .   B u t   b e f o r e   pe r f o r m i ng   t h a t   s t e p,   t h e   t a r ge t   c l a s s   R a i nT o m o r r o w   is   s e pa r a t e d,   whi c h   is   t h e   o n e   va l u e   to   pr e di c t ,   f r o m   a ll   t h e   ot h e r   c o l u m ns   of   da t a .   T h e   t a r ge t   c l a s s   b e l o ngs   to   t h e   o u tpu t   s i d e   of   o ur   n e ur a l   n e t wor k,   n ot   th e   i nput   l a y e r .   T h e   i d e a   is   to   s e l e c t   r o ws   of   da t a   at   r a n do m   a n d   s e t   t h e m   a s i de   f o r   l a t e r .   T h e s e   a r e   n ot   c o n s i d e r e d   at   a ll   whil e   t r a i ni ng   t h e   n e ur a l   n e t wor k.   W h e n   r e f e r r i n g   to   t h e m   l a t e r ,   it   i s   t h e   s a m e   as   f i nd i ng   e xa m p l e s   of   we a t h e r   c o n d i t i o n s   n o t   s e e n   b e f o r e .   T h e   pr o p o s e d   m o de l   c a n   a c c ur a t e l y   pr e d i c t   wh e t h e r   it   r a i ns   t h e   n e x t   da y .   s kl e a r n   h a s   a   c o nv e ni e n t   f u nc t i o n   c a l l e d   t r a i n _t e s t _s p l i t .   T h e   ps e udo - c o de   f o r   t h e   di vi s i o n   of   t h e   da t a s e t   i n t o   t e s t   a n d   t r a i n   is   g i ve n :     Begin   Train_set, Test_set, train_y, test_y=testtrain_splitt(        X,         y,         testsize=0.33,        randomstate=0   )   print(‘Train_set’, Train_set.shape)   print(‘Test_set’, Test_set.shape)   End     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A r ti f icial   int e ll igenc e - bas e d  w e ather   pr e diction  f r ame w or k   us ing  ne ur al  ne t w o r k s   ( K e s ha v   K aus hik )   1843   T h e   o u t pu t   of   t hi s   s t e p   is   -   X_ t r a i n   ( 2026,   23 ) ,   X _t e s t   ( 999,   23) .   T h e r e a f t e r ,   s c a l i ng   of   da t a   is   do n e   b e f o r e   t r a i ni ng   t h e   n e ur a l   n e t wo r k .   T h e   ps e udo - c o de   f o r   s c a l i ng   is   as   f o l l o w s :     Begin   Set_scaler=StandardScaler()   scaler.fit(Train_set)   Train_set=scaler.transform(Train_set)   Test_set=scaler.transform(Test_set)   End     No w,   t h e   c a l c u l a t i o n   of   s c a l i ng   f a c t or s   to   m u l t i p ly   t h e   v a l ue s   w i t h ,   so   t h e s e   lie   in   t h e   s a m e   r a n g e   of   s m a l l   v a l ue s .   No r   t h a t   t h e   r e s e a r c h   do e s   n ot   r e f e r   to   t h e   t e s t i n g   s e t   y e t ,   so   t h e   f a c t o r s   a r e   c a l c u l a t e d   b a s e d   on   t h e   t r a i ni ng   s e t   o nl y   a n d   t h e n   a pp l y   t h e s e   f a c t o r s   to   b ot h   s e t s .   T h e   a u t h o r s   us e d   t h e   S t a n da r dS c a l e r   o bj e c t   f r o m   t h e   s k l e a r n   li br a r y   a n d   f i t   t h e   da t a s e t .   T hi s   e ns ur e s   t h e   c a l c u l a t i o n   of   t h e   a d j us t m e n t   r e qu i r e d   so   t h a t   e a c h   c o l u m n   of   da t a   w i ll   h a v e   a   m e a n   of   z e r o   a nd   a   s t a n da r d   de vi a t i o n   of   o n e .   In   t h e   n e x t   s t e p,   t h e   a ut h o r s   t r a i n e d   t h e   n e ur a l   ne t wor k   on   o ur   t r a i ni ng   s e t   a n d   de t e r m i ne d   t h e   a c c ur a c y   to   m a ke   pr e d i c t i o n s .     3. 4.    S t e p   4:   p r e d ict in g   u s in g   t r ain e d   n e u r al   n e t wor k   In   t hi s   s t e p,   t h e   pr o p o s e d   n e ur a l   n e t wo r k   is   tr a i n e d   us i n g   an   m u l t i - l a y e r   pe r c e pt r o n   ( M L P C l a s s i f i e r ) .   T h e   t a r ge t   c l a ss   is   pr e d i c t e d   us i n g   t h e   M L P C l a s s if ier   wi t h   t h e   f o l l o w i ng   ps e udo - c o de :     Begin   classifier=MLPClassifier(        hidden_layer_sizes=(50,50),        iteration_max=500,        set_ randomstate=0   )   classifier.fit(Train_set, train_y)   End     X   h a s   a ll   t h e   23   a tt r i b ut e s   a n d   is   s p li t   i n t o   t wo - t hi r ds ,   o n e - t hi r d   s u bs e t s .   In   a dd i t i o n ,   y   ha s   o nly   o n e   v a l ue ,   t h e   t a r ge t   c l a s s .   To   t r a i n   a   n e ur a l   ne t wor k,   e a c h   r o w   of   t h e   t r a i ni ng   da t a   is   pl ugg e d   i n t o   t h e   i n p ut   l a y e r ,   o n e - r o w - at - a - t i m e ,   a n d   c h e c k   if   t h e   o u t pu t   is   c o r r e c t .   If   t h e   da t a s e t   m e n t i o n s   t h e r e   wa s   r a i n   to m o r r o w,   t h e n   t h e   n e t wo r k ’ s   o u t pu t   to   be   o n e ,   ot h e r w i s e   c o n s i de r e d   z e r o .   T h e r e f o r e ,   wh e n   t h e   n e t wo r k   o u t pu t   is   wr o n g,   t h e   a ut h o r s   a dj us t e d   t h e   we i g h t s   a n d   bi a s e s   a   l i t t l e   bi t   in   t h e   d i r e c t i o n   to   m a k e   it   r i g h t .   T h e   l a r ge r   t h e   n e t wo r k ,   t h e   m o r e   i n t r i c a t e   t h e   i n t e r a c t i o n s   b e t we e n   t h e   i n pu t   a n d   o u t pu t   m a y   be   c a pt ur e d.   H o we v e r ,   if   t hi s   is   do n e   e x c e s s i ve ly ,   t h e   m o de l   m a y   o ve r f i t   t h e   da t a   f o r   t r a i ni ng   to   c a t c h   too   m a ny   t i ny   f e a t ur e s .   T h e n   it   wo ul d   ge n e r a li z e   e x t r e m e ly   w e l l   to   we a t h e r   c i r c u m s t a n c e s   it   h a d   n e v e r   e x pe r i e n c e d   b e f o r e .   It   is   a l w a y s   a   g oo d   i de a   to   s e t   t h e   s e t _ r a n do m s t a t e   a n d   c o n s i d e r   t h e   m a xim u m   n u m be r   of   e po c h s   t h a t   it   is   a l l o we d   to   t a ke   is   5 00.   T hi s   n e ur a l   n e t wo r k   ( ps e udo   c o de   gi ve n   be l o w)   can   pr e d i c t   wh e t h e r   it   w i ll   r a i n   t o m o r r o w   in   P e r t h   w i t h   89. 38%   a c c ur a c y .   In   t h e   ne x t   s t e p,   t h e   r e s u l t s   a r e   i m pr o v e d   by   c h a n g i ng   t h e   l a y o ut   of   t h e   n e ur a l   n e t wo r k .     Predicting_y=classifier.predict(Test_set)   print(accuracy_score(test_y, Predicting_y))     3. 5.    S t e p   5:   p e r f o r m in g   gr id   s e a r c h   to   op t im iz e   t h e   r e s u l t s   In   t hi s   f i na l   s t e p,   t h e   pr o p o s e d   n e ur a l   ne t wor k   a r c hi t e c t ur e   is   o p t i mi z e d   to   i m pr o v e   a c c ur a c y .   In   t h e   pr e vi o us   s t e p,   t h e   m o de l   h a d   t a ke n   t w o   hi dde n   l a y e r s   of   50   n o de s   e a c h .   B ut   t hi s   d i d   n o t   o b t a i n   t h e   b e s t   po s s i bl e   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y   f r o m   t h e   pr o p o s e d   m o de l .   T h e r e f o r e ,   t h e   a ut h o r s   de c i d e d   to   t r y   a   v a r i e t y   of   n e t wo r k   l a y o ut s   to   s e e   whi c h   o n e   pe r f o r m s   we l l .   T hi s   t a s k   c a n   be   a ut o m a t e d   us i n g   t h e   Gr i dS e a r c h C V   f u n c t i o n   of   t h e   s k l e a r n   li br a r y .   T h e r e f o r e ,   t h e   a ut h o r s   s pe c i f i e d   t h e   pa r a m e t e r s   to   v a r y   f o r   t h e   pr o p o s e d   m o de l ,   a n d   t hi s   f u n c t i o n   w i ll   t a ke   c a r e   of   e v a l ua t i ng   t h e   pe r f o r m a nc e .   T h e   a u t h o r s   pe r f o r m e d   o n e   l a yo u t   wi t h   j us t   a   s i n g l e   hi dde n   l a y e r   w i t h   t wo   n o de s ,   a   s i n g l e   hi dde n   l a y e r   w i t h   10   n o de s ,   a n d   t h e n   t r i e d   w i t h   t h e   or i g i na l   l a y o ut :   t wo   l a y e r s   of   50   n o de s   e a c h .   A   n e ur a l   n e t wo r k   wi t h   a ll   t h e   pa r a m e t e r s   t h a t   a r e   n ot   g o i n g   to   be   v a r y i n g   dur i n g   t h i s   t e s t ,   t h e   a u t h o r s   i nc r e a s e d   t h e   m a xi m u m   n u m be r   of   e po c h s   to   2 , 000   f o r   t hi s   to   w o r k   a n d   s e t   t h e   r a n do m _s t a t e   to   z e r o   a ga i n .   T h e   ps e udo - c o de   f o r   th e   s a m e   is   g i ve n :     print(gridsearch.cv_results_[‘params’])   print(gridsearch.cv_results_[‘mean_test_score’])   best_nn=gridsearch.best_estimator_   y_pred=best_nn.predict(Test_set)   print(accuracy_score(test_y, Predicting_y))       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   3 ,  De c em b e r   20 24 :   1 8 36 - 1 8 48   1844   4.   RE S UL T S   AND   DI S CU S S I ON   I ni t i a l ly ,   t h e   da t a   is   r e a d   f r o m   t h e   da t a s e t   us i n g   t h e   . c s v   f il e ,   t h e   a u t h o r s   u t i li z e d   Go o gl e   c o l l a b o r a tor   f o r   a ddi n g   t h e   . c s v   f i l e .   T h e   da t a s e t   is   a na l y s e d   f i r s t   to   c h e c k   t h e   r e dun da n c y   a n d   a ny   a n o m a li e s .   T h e   mi s s i ng   v a l ue s   f r o m   t h e   da t a s e t   we r e   dr o ppe d   to   m a ke   t h e   da t a s e t   f i t   f o r   c r e a t i n g   t h e   we a t h e r   pr e di c t i o n   f r a m e wo r k.   To   t r a i n   a   ne ur a l   n e t wo r k ,   t h e   a ut h o r s   pl ugge d   each   r o w   of   t h e   t r a i ni ng   da t a s e t   i n t o   t h e   i n p ut   l a y e r ,     o n e - r o w - at - a - t i m e ,   a n d   c h e c ke d   if   t h e   o ut pu t   is   c o r r e c t.   If   t h e   da t a   i n d i c a t e s   t h e r e   w i ll   be   r a i n   to m o r r o w ,   t h e   m o de l   n e e ds   to   h a v e   t h e   n e t wor k ’ s   o u t pu t   to   be   o n e   or   z e r o   ot h e r wi s e .   T h e r e f o r e ,   wh e n   t h e   n e t wo r k   o u t pu t   is   wr o n g,   t h e   a ut h o r s   a dj u s t   t h e   we i g h t s   a n d   bi a s e s   a   l i t t l e   bi t   in   t h e   d i r e c t i o n   to   m a ke   it   r i g h t .   T h e   f o c us   is   f o r   t h e   b e s t   f i t   o v e r   a l l   t h e   da t a s e t ,   n ot   j us t   f o r   o n e   r ow.   S o,   c o m p l e t i n g   a   s i n g l e   r un   t h r o ugh   a l l   o ur   da ta   is   c a ll e d   an   e po c h   of   t r a i ni ng.   T h e   m o de l   c a r r i e s   o ut   m a ny   e po c h s   f o r   t h e   n e t wo r k   to   be   t r a i n e d.   T h e   l a r ge r   o ur   n e t wo r k ,   t h e   m o r e   i n t r i c a t e   i n t e r a c t i o n s   b e t we e n   i n put   a n d   o u tpu t   m a y   be   c a pt ur e d.   H o we v e r ,   if   t his   is   do n e   to   an   e x c e s s i ve   d e gr e e ,   t h e   m o de l   m a y   o v e r f i t   t h e   t r a i ni ng   da t a s e t   a n d   c a t c h   t oo   m a ny   s m a ll   f e a t ur e s .   T h e n   it   wo n ’ t   be   a bl e   to   ge n e r a l i z e   a b o ut   we a t h e r   s i t ua t i o ns   it   h a s n ’ t   e n c o un t e r e d   b e f o r e .   T h e   o p t i m a l   ne t wor k   l a y o ut   is   c h o s e n   o n c e   t h e   m o de l   h a s   b e e n   t r a i n e d.   t h e   ps e udo - c o de   f o r   t h e   s a m e   is   g i v e n :     Start   parameters=   {       ‘hidden_layer_sizes’:         (           (2,), (10,), (50,50),        )   }   nn=MLPClassifier(max_iter=2000,  random_state=0)   gridsearch=GridSearchCV(nn, parameters, cv=3)   gridsearch.fit(Train_set, train_y)   End     He r e   in   t h e   a b o v e   ps e udo - c o de ,   we   h a v e   us e d   t h e   m u l t i - l a y e r   pe r c e pt r o n   c l a s s if i e r   a n d   us e d   t h e   Gr i dS e a r c h   CV   m e t h o d   to   t a ke   t h e   pa r a m e t e r s .   T h e r e a f t e r ,   t h e   gr i d   r e s u l t s   a r e   d i s p l a y e d   us i ng   t h e   ps e udo   c o de   gi v e n :     print(gridsearch.cv_results_[‘params’])                      print(gridsearch.cv_results_[‘mean_test_score’])     t he   a c c ur a c y   of   v a r i o us   m o de l s   c a m e   o u t   to   b e :     [{‘hidden_layer_sizes’: (2,)}, {‘ hidden_layer_sizes’: (10,)}, {‘hidden_layer_sizes’: (50, 50)}]                     [0.90424355 0.89487179 0.88450873]     i n   t h e   f i na l   s t e p,   we   s e l e c t e d   t h e   b e s t   n e ur a l   n e t wo r k   f o r   pr e di c t i o n   us i ng   t h e   ps e udo   c o de   gi v e n :     best_nn=gridsearch.best_estimator_   y_pred=best_nn.predict(Test_set)                   print(accuracy_score(test_y, Predicting_y))     T h e   m a t h e m a t i c a l   c a l c u l a t i o n   do n e   to   f i nd   o u t   t h e   a c c ur a c y   is   g i v e n   ( 1) .   S i n c e   we   h a ve   us e d   t h e   m u l t i - l a y e r   pe r c e pt r o n   m o de l ,   t h e   f e e d - f o r wa r d   n e ur a l   n e t wor k   is   us e d.   T h e   pr o c e dur e   to   c a l c u l a t e   t h e   di s c o n t i n uo us   f u n c t i o n   is   a l s o   g i v e n :     =     +      ∗   (   −   )   ∗     ( 1 )     He r e ,   in   t h e   ( 1) ,   w   r e pr e s e n t s   we i g h t ,   LR   r e pr e s e n t s   t h e   r a t e   of   l e a r ni ng,   E   r e p r e s e n t s   t h e   e x pe c t e d   v a l ue ,   P   r e pr e s e n t s   t h e   pr e d i c t e d   v a l u e :         =   (    [ 0 ] [ 0 ]   +      [ 1 ] [ 1 ] )   /    .  (    )   ( 2 )          =      [ 0 ] [ 0 ]   /   (   [ 0 ] [ 0 ]   +      [ 0 ] [ 1 ] )   ( 3 )        =     [ 0 ] [ 0 ]   /   (    [ 0 ] [ 0 ]   +      [ 1 ] [ 0 ] )   ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A r ti f icial   int e ll igenc e - bas e d  w e ather   pr e diction  f r ame w or k   us ing  ne ur al  ne t w o r k s   ( K e s ha v   K aus hik )   1845         =      [ 1 ] [ 1 ]   /   (   [ 1 ] [ 1 ]   +      [ 0 ] [ 1 ] )   ( 5 )     1    =   2   ∗     [ 0 ] [ 0 ]   /   ( 2   ∗      [ 0 ] [ 0 ]   +      [ 1 ] [ 0 ]   +      [ 0 ] [ 1 ] )   ( 6 )     a c c ur a c y   f o r   t h e   pr o p o s e d   we a t h e r   pr e di c t i o n   m o de l   is   c a l c u l a t e d   us i n g   t h e   f o r m u l a :         =    +   +  +  +    ( 7 )     W h e r e :     T r ue   p o s i t i v e s   ( T P )   a r e   wh e n   a c t ua l   a n d  a n t i c i pa t e d  v a l ue s   a r e   b o t h   po s i t i v e .     T r ue   n e ga t i v e s   ( T N)   o c c ur   wh e n   b o t h   a c t ua l   a n d  a n t i c i pa t e d  v a l ue s   a r e   ne ga t i v e .     F a l s e   po s i t i v e s   ( F P )   a r e   s i t ua t i o n s   w h e r e   t h e   a c tua l   va l ue   i s   n e ga t i v e   w hi l e   t h e   a n t i c i p a t e d  v a l u e   i s   po s i t i v e .     F a l s e   n e ga t i v e s   ( F N)   a r e   s i t ua t i o n s   i n   whi c h   t h e   a c t ua l   va l u e   i s   po s i t i v e   whil e   t h e   a n t i c i pa t e d  v a l u e   i s   n e ga t i v e .   We   h a v e   us e d   t h e   S i g m o i d   f u nc t i o n   in   t h e   M L P   m o de l .   A   s i g m o i d   f u n c t i o n   is   a   m a t h e m a t i c a l   f u n c t i o n   t h a t   h a s   a   c ha r a c t e r i s t i c   S - s ha pe d   c ur v e .   S i g m o i d   f u n c t i o ns   i nc l ude   t h e   l o g i s t i c   s i g m o i d   f u n c t i o n ,   t h e   hy pe r b o l i c   t a n ge n t ,   a n d   t h e   a r c t a n ge n t .   T h e   m a t h e m a t i c a l   e qua t i o n   f o r   t h e   s i g m o i d   f u n c t i o n   is   g i v e n :     =   1 1 +   −   ( 8 )     i t   h a s   a   de r i v a t i v e ,   whi c h   is   c a l c u l a t e d   a s :       =   ( 1 +   ) 2   ( 9 )     t he   a l go r i t hm   u s e d   f o r   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   is :        :             _ _  _ _ ( ,   ) :                   .     =                       . = ( .   )                   .  = ( .   [ 0 ] )                   .  =  .   .   ( ( .  , . ) )                   . ℎ =  .   .   ( ( . , 1 ) )             ℎ  ( ,  ) :                   1 = (  . (  , .  ) )                   2 = (  . ( 1 , . ℎ ) )                       2            ( ,   ,   ,  ) :                             (  ) :                           0 =                             1 = (  . ( 0 , .  ) )                           2 = (  . ( 1 , . ℎ ) )                           2 _  =     −   2                           2 _   =    .  ( 2 _  , _ ( 2 ) )                           1 _  =  .  ( 2 _ , . ℎ . )                           1 _ =  .  ( 1 _  , _ ( 1 ) )                           . ℎ + =  . ( 1 . , 2 _ )                           .  + =  . ( 0 . , 1 _ )    =  .  ( [ [ 0 , 0 ] , [ 0 , 1 ] , [ 1 , 0 ] , [ 1 , 1 ]   ] )     =  .  ( [   [ 0 ] , [ 1 ] , [ 1 ] , [ 0 ]   ] )     T h e   a c c ur a c y   s c o r e   wa s   c a l c u l a t e d   us i n g   t h e   s kl e a r n   l i br a r y   a n d   c o m pa r e d   kn o wn   c o r r e c t   R a i n T o m o r r o w   v a l ue s   w i t h   t h e   o n e s   t h a t   we r e   pr e d i c t e d.   T h e r e f o r e ,   t hi s   n e ur a l   ne t wor k   pr e di c t e d   wh e t h e r   it   r a i n s   T o m o r r o w   wi t h   90. 42%   a c c ur a c y .   To   a s s e s s   t h e   e f f e c t i v e ne s s   of   t h e   m o de l ,   c o m pa r i s o n   r e s e a r c h   is   c o n duc t e d   wi t h   t h e   ot h e r   e xi s t i n g   m o de l s   in   t h e   s a m e   a r e a .   T h e   r e s u l t   de m o n s t r a t e s   t h a t   o u r   a ppr o a c h   is   be tt e r   in   c o m pa r i s o n   to   ot h e r   s i mi l a r   pr o duc t s .   T h e   c o m pa r i s o n   a na l y s i s   is   do ne   ut i li z i ng   t h e   o n e   a v a il a ble   t e c h ni que ,   a n d   t h e   c o m pa r a t i v e   a na ly s i s   is   s h o wn   in   T a bl e   2.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.