ML-DSP: Machine Learning with Digital Signal Processing for ultrafast, accurate, and scalable genome classification at all taxonomic levels
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background Although methods and software tools abound for the comparison, analysis, identification, and taxonomic classification of the enormous amount of genomic sequences that are continuously being produced, taxonomic classification remains challenging. The difficulty lies within both the magnitude of the dataset and the intrinsic problems associated with classification. The need exists for an approach and software tool that addresses the limitations of existing alignment-based methods, as well as the challenges of recently proposed alignment-free methods. Results We combine supervised M achine L earning with D igital S ignal P rocessing to design ML-DSP , an alignment-free software tool for ultrafast, accurate, and scalable genome classification at all taxonomic levels. We test ML-DSP by classifying 7,396 full mitochondrial genomes from the kingdom to genus levels, with 98% classification accuracy. Compared with the alignment-based classification tool MEGA7 (with sequences aligned with either MUSCLE, or CLUSTALW), ML-DSP has similar accuracy scores while being significantly faster on two small benchmark datasets (2,250 to 67,600 times faster for 41 mammalian mitochondrial genomes). ML-DSP also successfully scales to accurately classify a large dataset of 4,322 complete vertebrate mtDNA genomes, a task which MEGA7 with MUSCLE or CLUSTALW did not complete after several hours, and had to be terminated. ML-DSP also outperforms the alignment-free tool FFP (Feature Frequency Profiles) in terms of both accuracy and time, being three times faster for the vertebrate mtDNA genomes dataset. Conclusions We provide empirical evidence that ML-DSP distinguishes complete genome sequences at all taxonomic levels. Ultrafast and accurate taxonomic classification of genomic sequences is predicted to be highly relevant in the classification of newly discovered organisms, in distinguishing genomic signatures, in identifying mechanistic determinants of genomic signatures, and in evaluating genome integrity.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,004 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».