Development and Validation of Multivariable Prediction Algorithms to Estimate Future Walking Behavior in Adults: Retrospective Cohort Study
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Physical inactivity is associated with numerous health risks, including cancer, cardiovascular disease, type 2 diabetes, increased health care expenditure, and preventable, premature deaths. The majority of Americans fall short of clinical guideline goals (ie, 8000-10,000 steps per day). Behavior prediction algorithms could enable efficacious interventions to promote physical activity by facilitating delivery of nudges at appropriate times. OBJECTIVE: The aim of this paper is to develop and validate algorithms that predict walking (ie, >5 min) within the next 3 hours, predicted from the participants' previous 5 weeks' steps-per-minute data. METHODS: We conducted a retrospective, closed cohort, secondary analysis of a 6-week microrandomized trial of the HeartSteps mobile health physical-activity intervention conducted in 2015. The prediction performance of 6 algorithms was evaluated, as follows: logistic regression, radial-basis function support vector machine, eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), multilayered perceptron (MLP), decision tree, and random forest. For the MLP, 90 random layer architectures were tested for optimization. Prior 5-week hourly walking data, including missingness, were used for predictors. Whether the participant walked during the next 3 hours was used as the outcome. K-fold cross-validation (K=10) was used for the internal validation. The primary outcome measures are classification accuracy, the Mathew correlation coefficient, sensitivity, and specificity. RESULTS: The total sample size included 6 weeks of data among 44 participants. Of the 44 participants, 31 (71%) were female, 26 (59%) were White, 36 (82%) had a college degree or more, and 15 (34%) were married. The mean age was 35.9 (SD 14.7) years. Participants (n=3, 7%) who did not have enough data (number of days <10) were excluded, resulting in 41 (93%) participants. MLP with optimized layer architecture showed the best performance in accuracy (82.0%, SD 1.1), whereas XGBoost (76.3%, SD 1.5), random forest (69.5%, SD 1.0), support vector machine (69.3%, SD 1.0), and decision tree (63.6%, SD 1.5) algorithms showed lower performance than logistic regression (77.2%, SD 1.2). MLP also showed superior overall performance to all other tried algorithms in Mathew correlation coefficient (0.643, SD 0.021), sensitivity (86.1%, SD 3.0), and specificity (77.8%, SD 3.3). CONCLUSIONS: Walking behavior prediction models were developed and validated. MLP showed the highest overall performance of all attempted algorithms. A random search for optimal layer structure is a promising approach for prediction engine development. Future studies can test the real-world application of this algorithm in a "smart" intervention for promoting physical activity.
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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 | 0,025 | 0,041 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 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 ».