The Bias of Using Cross-Validation in Genomic Predictions and Its Correction
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Cross-validation (CV) is a widely used technique in statistical learning for model evaluation and selection. Meanwhile, various of statistical learning methods, such as Generalized Least Square (GLS), Linear Mixed-Effects Models (LMM), and regularization methods are commonly used in genomic predictions, a field that utilizes DNA polymorphisms to predict phenotypic traits. However, due to high dimensionality, relatively small sample sizes, and data sparsity in genomic data, CV in these scenarios may lead to an underestimation of the generalization error. In this work, we analyzed the bias of CV in eight methods: Ordinary Least Square (OLS), GLS, LMM, Lasso, Ridge, elastic-net (ENET), and two hybrid methods: one combining GLS with Ridge regularization (GLS+Ridge), and the other combining LMM with Ridge regularization (LMM+Ridge). Leveraging genomics data from the 1,000 Genomes Project and simulated phenotypes, our investigation revealed the presence of bias in all these methods. To address this bias, we adapted a variance-structure method known as Cross-Validation Correction (CVc). This approach aims to rectify the cross-validation error by providing a more accurate estimate of the generalization error. To quantify the performance of our adapted CVc towards all these methods, we applied the trained model to an independently generated dataset, which served as a gold standard for validating the models and calculating the generalization error. The outcomes show that, by leveraging CVc, we corrected the CV bias for most of the methods mentioned above, with two exceptions that are unrectifiable methods: ENET and Lasso. Our work revealed the substantial bias in the use of CV in genomics, a phenomenon under-appreciated by the field of statistical genomics and medicine. Additionally, we demonstrated that bias-corrected models may be formed by adapting CVc, although more work is needed to cover the full spectrum.
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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 | 0,045 | 0,106 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
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.
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 ».