LANDMark: an ensemble approach to the supervised selection of biomarkers in high-throughput sequencing data
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Identification of biomarkers, which are measurable characteristics of biological datasets, can be challenging. Although amplicon sequence variants (ASVs) can be considered potential biomarkers, identifying important ASVs in high-throughput sequencing datasets is challenging. Noise, algorithmic failures to account for specific distributional properties, and feature interactions can complicate the discovery of ASV biomarkers. In addition, these issues can impact the replicability of various models and elevate false-discovery rates. Contemporary machine learning approaches can be leveraged to address these issues. Ensembles of decision trees are particularly effective at classifying the types of data commonly generated in high-throughput sequencing (HTS) studies due to their robustness when the number of features in the training data is orders of magnitude larger than the number of samples. In addition, when combined with appropriate model introspection algorithms, machine learning algorithms can also be used to discover and select potential biomarkers. However, the construction of these models could introduce various biases which potentially obfuscate feature discovery. RESULTS: We developed a decision tree ensemble, LANDMark, which uses oblique and non-linear cuts at each node. In synthetic and toy tests LANDMark consistently ranked as the best classifier and often outperformed the Random Forest classifier. When trained on the full metabarcoding dataset obtained from Canada's Wood Buffalo National Park, LANDMark was able to create highly predictive models and achieved an overall balanced accuracy score of 0.96 ± 0.06. The use of recursive feature elimination did not impact LANDMark's generalization performance and, when trained on data from the BE amplicon, it was able to outperform the Linear Support Vector Machine, Logistic Regression models, and Stochastic Gradient Descent models (p ≤ 0.05). Finally, LANDMark distinguishes itself due to its ability to learn smoother non-linear decision boundaries. CONCLUSIONS: Our work introduces LANDMark, a meta-classifier which blends the characteristics of several machine learning models into a decision tree and ensemble learning framework. To our knowledge, this is the first study to apply this type of ensemble approach to amplicon sequencing data and we have shown that analyzing these datasets using LANDMark can produce highly predictive and consistent models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».