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Enregistrement W3192313172 · doi:10.2196/23938

Comparison of the Validity and Generalizability of Machine Learning Algorithms for the Prediction of Energy Expenditure: Validation Study

2021· article· en· W3192313172 sur OpenAlexvenueno aff
Ruairi O’Driscoll, Jake Turicchi, Mark Hopkins, Cristiana Duarte, Graham Horgan, Graham Finlayson, R. James Stubbs

Notice bibliographique

RevueJMIR mhealth and uhealth · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiquePhysical Activity and Health
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesEngineering and Physical Sciences Research CouncilMedical Research Council
Mots-clésGeneralizability theoryMachine learningComputer scienceEnergy expenditureAlgorithmArtificial intelligencePredictive validityPsychologyStatisticsMathematicsClinical psychologyMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Accurate solutions for the estimation of physical activity and energy expenditure at scale are needed for a range of medical and health research fields. Machine learning techniques show promise in research-grade accelerometers, and some evidence indicates that these techniques can be applied to more scalable commercial devices. OBJECTIVE: This study aims to test the validity and out-of-sample generalizability of algorithms for the prediction of energy expenditure in several wearables (ie, Fitbit Charge 2, ActiGraph GT3-x, SenseWear Armband Mini, and Polar H7) using two laboratory data sets comprising different activities. METHODS: Two laboratory studies (study 1: n=59, age 44.4 years, weight 75.7 kg; study 2: n=30, age=31.9 years, weight=70.6 kg), in which adult participants performed a sequential lab-based activity protocol consisting of resting, household, ambulatory, and nonambulatory tasks, were combined in this study. In both studies, accelerometer and physiological data were collected from the wearables alongside energy expenditure using indirect calorimetry. Three regression algorithms were used to predict metabolic equivalents (METs; ie, random forest, gradient boosting, and neural networks), and five classification algorithms (ie, k-nearest neighbor, support vector machine, random forest, gradient boosting, and neural networks) were used for physical activity intensity classification as sedentary, light, or moderate to vigorous. Algorithms were evaluated using leave-one-subject-out cross-validations and out-of-sample validations. RESULTS: The root mean square error (RMSE) was lowest for gradient boosting applied to SenseWear and Polar H7 data (0.91 METs), and in the classification task, gradient boost applied to SenseWear and Polar H7 was the most accurate (85.5%). Fitbit models achieved an RMSE of 1.36 METs and 78.2% accuracy for classification. Errors tended to increase in out-of-sample validations with the SenseWear neural network achieving RMSE values of 1.22 METs in the regression tasks and the SenseWear gradient boost and random forest achieving an accuracy of 80% in classification tasks. CONCLUSIONS: Algorithms trained on combined data sets demonstrated high predictive accuracy, with a tendency for superior performance of random forests and gradient boosting for most but not all wearable devices. Predictions were poorer in the between-study validations, which creates uncertainty regarding the generalizability of the tested algorithms.

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)0,088
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,198
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,912
Score d'incertitude au seuil0,465

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0880,198
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,003
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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 Opus0,171
Tête enseignante GPT0,435
Écart entre enseignants0,264 · 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.

Devis d'étudeObservationnel
DomaineMéthodes
GenreEmpirique

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

En bref

Citations26
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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