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Enregistrement W3033682799 · doi:10.2196/18910

Reliability of Supervised Machine Learning Using Synthetic Data in Health Care: Model to Preserve Privacy for Data Sharing

2020· article· en· W3033682799 sur OpenAlexvenueno aff
Debbie Rankin, Michaela Black, Raymond Bond, Jonathan Wallace, Maurice Mulvenna, Gorka Epelde

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesHorizon 2020 Framework ProgrammeEuropean Commission
Mots-clésSynthetic dataMachine learningComputer scienceArtificial intelligenceRandom forestDecision treeSupport vector machineGeneralizability theoryData miningStatisticsMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: The exploitation of synthetic data in health care is at an early stage. Synthetic data could unlock the potential within health care datasets that are too sensitive for release. Several synthetic data generators have been developed to date; however, studies evaluating their efficacy and generalizability are scarce. OBJECTIVE: This work sets out to understand the difference in performance of supervised machine learning models trained on synthetic data compared with those trained on real data. METHODS: A total of 19 open health datasets were selected for experimental work. Synthetic data were generated using three synthetic data generators that apply classification and regression trees, parametric, and Bayesian network approaches. Real and synthetic data were used (separately) to train five supervised machine learning models: stochastic gradient descent, decision tree, k-nearest neighbors, random forest, and support vector machine. Models were tested only on real data to determine whether a model developed by training on synthetic data can used to accurately classify new, real examples. The impact of statistical disclosure control on model performance was also assessed. RESULTS: A total of 92% of models trained on synthetic data have lower accuracy than those trained on real data. Tree-based models trained on synthetic data have deviations in accuracy from models trained on real data of 0.177 (18%) to 0.193 (19%), while other models have lower deviations of 0.058 (6%) to 0.072 (7%). The winning classifier when trained and tested on real data versus models trained on synthetic data and tested on real data is the same in 26% (5/19) of cases for classification and regression tree and parametric synthetic data and in 21% (4/19) of cases for Bayesian network-generated synthetic data. Tree-based models perform best with real data and are the winning classifier in 95% (18/19) of cases. This is not the case for models trained on synthetic data. When tree-based models are not considered, the winning classifier for real and synthetic data is matched in 74% (14/19), 53% (10/19), and 68% (13/19) of cases for classification and regression tree, parametric, and Bayesian network synthetic data, respectively. Statistical disclosure control methods did not have a notable impact on data utility. CONCLUSIONS: The results of this study are promising with small decreases in accuracy observed in models trained with synthetic data compared with models trained with real data, where both are tested on real data. Such deviations are expected and manageable. Tree-based classifiers have some sensitivity to synthetic data, and the underlying cause requires further investigation. This study highlights the potential of synthetic data and the need for further evaluation of their robustness. Synthetic data must ensure individual privacy and data utility are preserved in order to instill confidence in health care departments when using such data to inform policy decision-making.

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,028
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,085
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,028
Score d'incertitude au seuil0,149

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0280,085
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,152
Tête enseignante GPT0,380
Écart entre enseignants0,227 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations164
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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