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Enregistrement W4387776917 · doi:10.3389/frai.2023.1200994

Machine learning algorithms in microbial classification: a comparative analysis

2023· review· en· W4387776917 sur OpenAlexafffund
Yuandi Wu, S. Andrew Gadsden

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Artificial Intelligence · 2023
Typereview
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueImage Processing Techniques and Applications
Établissements canadiensMcMaster University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésMachine learningArtificial intelligenceComputer scienceDeep learningConvolutional neural networkIdentification (biology)Context (archaeology)Transfer of learningRepurposingContextual image classificationImage (mathematics)Engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This research paper presents an overview of contemporary machine learning methodologies and their utilization in the domain of healthcare and the prevention of infectious diseases, specifically focusing on the classification and identification of bacterial species. As deep learning techniques have gained prominence in the healthcare sector, a diverse array of architectural models has emerged. Through a comprehensive review of pertinent literature, multiple studies employing machine learning algorithms in the context of microbial diagnosis and classification are examined. Each investigation entails a tabulated presentation of data, encompassing details about the training and validation datasets, specifications of the machine learning and deep learning techniques employed, as well as the evaluation metrics utilized to gauge algorithmic performance. Notably, Convolutional Neural Networks have been the predominant selection for image classification tasks by machine learning practitioners over the last decade. This preference stems from their ability to autonomously extract pertinent and distinguishing features with minimal human intervention. A range of CNN architectures have been developed and effectively applied in the realm of image classification. However, addressing the considerable data requirements of deep learning, recent advancements encompass the application of pre-trained models using transfer learning for the identification of microbial entities. This method involves repurposing the knowledge gleaned from solving alternate image classification challenges to accurately classify microbial images. Consequently, the necessity for extensive and varied training data is significantly mitigated. This study undertakes a comparative assessment of various popular pre-trained CNN architectures for the classification of bacteria. The dataset employed is composed of approximately 660 images, representing 33 bacterial species. To enhance dataset diversity, data augmentation is implemented, followed by evaluation on multiple models including AlexNet, VGGNet, Inception networks, Residual Networks, and Densely Connected Convolutional Networks. The results indicate that the DenseNet-121 architecture yields the optimal performance, achieving a peak accuracy of 99.08%, precision of 99.06%, recall of 99.00%, and an F1-score of 98.99%. By demonstrating the proficiency of the DenseNet-121 model on a comparatively modest dataset, this study underscores the viability of transfer learning in the healthcare sector for precise and efficient microbial identification. These findings contribute to the ongoing endeavors aimed at harnessing machine learning techniques to enhance healthcare methodologies and bolster infectious disease prevention practices.

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)0,008
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,022
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Synthèse · Signal consensuel: Synthèse
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,044

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0080,022
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0070,006
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0030,004
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
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 Opus0,136
Tête enseignante GPT0,377
Écart entre enseignants0,241 · 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'étudeSans objet
Domainenon disponible
GenreSynthèse

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations39
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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