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Enregistrement W4410575600 · doi:10.1002/mp.17881

A simulated annealing‐based Bayesian network structure optimization framework for late morbidity prediction with a large prospective dataset

2025· article· en· W4410575600 sur OpenAlexafffund
Kailyn Stenhouse, Philip McGeachy, Sofia Spampinato, Kari Tanderup, Kathrin Kirchheiner, Kevin Martell, Sarah Quirk, Akila N. Viswanathan, Michael Roumeliotis

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaAlberta InnovatesKræftens Bekæmpelse
Mots-clésInterpretabilityComputer scienceMachine learningBayesian networkSimulated annealingArtificial intelligenceWorkflowData miningBayesian optimization

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Bayesian networks are seeing increased usage in healthcare, particularly for modeling complex treatment decisions under uncertainty. Bayesian networks offer significant advantages over classical machine learning and deep learning techniques due to their interpretability, with the network visualized through a directed acyclic graph outlining conditional relationships. Prior clinical knowledge can also be incorporated into these networks to enhance their clarity and facilitate integration into clinical workflows. However, out-of-box optimization techniques may produce networks that are not logically coherent or reflective of clinical understanding and may focus solely on optimizing information-based metrics without consideration for performance metrics crucial for developing predictive models. In late morbidity modeling, where the risk factors surrounding an outcome may be complex, intercorrelated, and not yet fully identified, it is important to have a customizable optimization approach to automatically produce logical, interpretable Bayesian networks that outline these complex outcomes. PURPOSE: Develop a simulated annealing-based framework for developing Bayesian network structures for late morbidity prediction in cervical cancer patients, addressing limitations of traditional optimization techniques and prioritizing interpretability. METHODS: This study utilizes the multi-center EMBRACE I cervical cancer dataset (n = 1153) to develop Bayesian network structures for late moderate-to-severe (grade ≥2) cystitis (CTCAEv.3) prediction. The dataset was split into training/validation data (80%) and holdout test data (20%). A process of 10 × 5-fold cross-validation was integrated into the optimization framework. A simulated annealing-based optimization method was developed incorporating information-theoretic measures, predictive performance measures, and complexity measures. The different network structures developed by this framework were compared in terms of complexity, interpretability, and predictive performance to optimization methods available out-of-box from the PyAgrum package for Python (Greedy Hill Climbing, Tree-Augmented Naïve Bayes, and Chow-Liu Optimization). Bayesian networks were also compared to conventional machine learning classifiers in terms of feature importance and predictive performance. Differences in model predictions arising from structure differences were assessed with Cochran's Q-test (p < 0.05). RESULTS: The simulated annealing framework demonstrated the ability to produce Bayesian network structures with comparable or superior predictive performance compared to out-of-box models. A statistically significant performance difference was identified between the simulated annealing and out-of-box methods with Cochran's Q-test (p = 0.03). The simulated annealing approach equalled or outperformed out-of-box models on a bootstrapped holdout test set, with a balanced accuracy of 64.1%, an F1 macro score of 55.9%, and an ROC-AUC of 0.66. Simulated annealing models also featured fewer arcs and nodes, with this simplification resulting in networks that were easier to interpret without compromising on predictive performance, highlighting the effectiveness of simulated annealing in creating highly interpretable models for clinical use. CONCLUSION: The proposed simulated annealing-based framework represents a novel method for automatically generating Bayesian network structures for cervical cancer late morbidity modeling. Compared to out-of-box optimization techniques, the simulated annealing Bayesian networks provide comparable or superior predictive performance while constructing a more simple, interpretable network useful for clinical implementation.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,820
Score d'incertitude au seuil0,639

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,010
Tête enseignante GPT0,306
Écart entre enseignants0,296 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

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

En bref

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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