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Enregistrement W4200445293 · doi:10.2196/27386

Benchmarking Effectiveness and Efficiency of Deep Learning Models for Semantic Textual Similarity in the Clinical Domain: Validation Study

2021· article· en· W4200445293 sur OpenAlexvenueno aff
Qingyu Chen, Alex Rankine, Yifan Peng, Elaheh Aghaarabi, Zhiyong Lu

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueTopic Modeling
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesU.S. National Library of MedicineNational Institutes of Health
Mots-clésBenchmarkingComputer scienceNatural language processingSimilarity (geometry)Artificial intelligenceDeep learningDomain (mathematical analysis)Semantic similarityInformation retrieval

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Semantic textual similarity (STS) measures the degree of relatedness between sentence pairs. The Open Health Natural Language Processing (OHNLP) Consortium released an expertly annotated STS data set and called for the National Natural Language Processing Clinical Challenges. This work describes our entry, an ensemble model that leverages a range of deep learning (DL) models. Our team from the National Library of Medicine obtained a Pearson correlation of 0.8967 in an official test set during 2019 National Natural Language Processing Clinical Challenges/Open Health Natural Language Processing shared task and achieved a second rank. OBJECTIVE: Although our models strongly correlate with manual annotations, annotator-level correlation was only moderate (weighted Cohen κ=0.60). We are cautious of the potential use of DL models in production systems and argue that it is more critical to evaluate the models in-depth, especially those with extremely high correlations. In this study, we benchmark the effectiveness and efficiency of top-ranked DL models. We quantify their robustness and inference times to validate their usefulness in real-time applications. METHODS: We benchmarked five DL models, which are the top-ranked systems for STS tasks: Convolutional Neural Network, BioSentVec, BioBERT, BlueBERT, and ClinicalBERT. We evaluated a random forest model as an additional baseline. For each model, we repeated the experiment 10 times, using the official training and testing sets. We reported 95% CI of the Wilcoxon rank-sum test on the average Pearson correlation (official evaluation metric) and running time. We further evaluated Spearman correlation, R², and mean squared error as additional measures. RESULTS: Using only the official training set, all models obtained highly effective results. BioSentVec and BioBERT achieved the highest average Pearson correlations (0.8497 and 0.8481, respectively). BioSentVec also had the highest results in 3 of 4 effectiveness measures, followed by BioBERT. However, their robustness to sentence pairs of different similarity levels varies significantly. A particular observation is that BERT models made the most errors (a mean squared error of over 2.5) on highly similar sentence pairs. They cannot capture highly similar sentence pairs effectively when they have different negation terms or word orders. In addition, time efficiency is dramatically different from the effectiveness results. On average, the BERT models were approximately 20 times and 50 times slower than the Convolutional Neural Network and BioSentVec models, respectively. This results in challenges for real-time applications. CONCLUSIONS: Despite the excitement of further improving Pearson correlations in this data set, our results highlight that evaluations of the effectiveness and efficiency of STS models are critical. In future, we suggest more evaluations on the generalization capability and user-level testing of the models. We call for community efforts to create more biomedical and clinical STS data sets from different perspectives to reflect the multifaceted notion of sentence-relatedness.

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)0,014
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,030
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: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,029
Score d'incertitude au seuil0,072

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0140,030
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0040,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0020,002
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0030,002
Intégrité de la recherche0,0030,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,048
Tête enseignante GPT0,352
Écart entre enseignants0,304 · 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
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

Citations19
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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