A Systematic Evaluation of Supervised Machine Learning Algorithms for Cell Phenotype Classification Using Single-Cell RNA Sequencing Data
Notice bibliographique
Résumé
The new technology of single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) can yield valuable insights into gene expression and give critical information about the cellular compositions of complex tissues. In recent years, vast numbers of scRNA-seq datasets have been generated and made publicly available, and this has enabled researchers to train supervised machine learning models for predicting or classifying various cell-level phenotypes. This has led to the development of many new methods for analyzing scRNA-seq data. Despite the popularity of such applications, there has as yet been no systematic investigation of the performance of these supervised algorithms using predictors from various sizes of scRNA-seq datasets. In this study, 13 popular supervised machine learning algorithms for cell phenotype classification were evaluated using published real and simulated datasets with diverse cell sizes. This benchmark comprises two parts. In the first, real datasets were used to assess the computing speed and cell phenotype classification performance of popular supervised algorithms. The classification performances were evaluated using the area under the receiver operating characteristic curve, F1-score, Precision, Recall, and false-positive rate. In the second part, we evaluated gene-selection performance using published simulated datasets with a known list of real genes. The results showed that ElasticNet with interactions performed the best for small and medium-sized datasets. The NaiveBayes classifier was found to be another appropriate method for medium-sized datasets. With large datasets, the performance of the XGBoost algorithm was found to be excellent. Ensemble algorithms were not found to be significantly superior to individual machine learning methods. Including interactions in the ElasticNet algorithm caused a significant performance improvement for small datasets. The linear discriminant analysis algorithm was found to be the best choice when speed is critical; it is the fastest method, it can scale to handle large sample sizes, and its performance is not much worse than the top performers.
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 | 0,013 | 0,025 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,004 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
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 ».