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Enregistrement W4416786152 · doi:10.1186/s12911-025-03266-3

Augmenting small tabular health data for training prognostic ensemble machine learning models using generative models

2025· article· en· W4416786152 sur OpenAlexaff
Dan Liu, Samer El Kababji, Nicholas Mitsakakis, Lisa Pilgram, Thomas D. Walters, Mark Clemons, Gregory R. Pond, Alaa El-Hussuna, Khaled El Emam

Notice bibliographique

RevueBMC Medical Informatics and Decision Making · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensMcMaster UniversityOttawa HospitalChildren's Hospital of Eastern OntarioHospital for Sick ChildrenUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCategorical variableGradient boostingGenerative modelDecision treePoolingPredictive modellingProxy (statistics)Boosting (machine learning)Ensemble learningSample (material)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Small datasets are common in health research. However, the generalization performance of machine learning models is suboptimal when the training datasets are small. To address this, data augmentation is one solution and is often used for imaging and time series data, but there are no evaluations on its potential benefits for tabular health data. Augmentation increases sample size and is seen as a form of regularization that increases the diversity of small datasets, leading them to perform better on unseen data. OBJECTIVES: Evaluate data augmentation using generative models on tabular health data and assess the impact of diversity versus increasing the sample size. METHODS: Using 13 large health datasets, we performed a simulation to evaluate the impact of data augmentation on the prediction performance (as measured by the ROC-AUC, the area under the receiver operating characteristic curve) on binary classification gradient boosted decision tree models. Four different synthetic data generation models were evaluated. We also built a generalized linear mixed effect model to assess the variable importance for model performance improvements from augmentation. We illustrate the proposed method on seven small real datasets as an application. A comparison of augmentation with resampling (which is a proxy for a larger dataset with minimal impact on diversity) was performed. RESULTS: Augmentation improves prognostic performance for datasets that have higher cardinality categorical variables and lower baseline ROC-AUC. No specific generative model consistently outperformed the others. For the seven small application datasets, augmenting the existing data results in an increase in ROC-AUC between 4.31% (ROC-AUC from 0.71 to 0.75) and 43.23% (ROC-AUC from 0.51 to 0.73), with an average 15.55% relative improvement, demonstrating the nontrivial impact of augmentation on small datasets (p = 0.0078). Augmentation ROC-AUC was higher than resampling only ROC-AUC (p = 0.016). The diversity of augmented datasets was higher than the diversity of resampled datasets (p = 0.046). CONCLUSIONS: This study demonstrates that data augmentation using generative models can have a marked benefit in terms of improved predictive performance for machine learning models on tabular health data, but only for datasets that meet baseline data complexity and predictive performance criteria. Our mixed effect model identified the most influential characteristics of the dataset and can help end-users have a more realistic expectation of the augmentation performance for a new dataset. Furthermore, augmentation performed better when having a smaller dataset, which is consistent with the argument that greater data diversity due to augmentation is beneficial. CLINICAL TRIAL REGISTRATION: Not applicable.

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)0,005
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,011
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut 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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,026

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0050,011
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
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 Opus0,251
Tête enseignante GPT0,405
Écart entre enseignants0,154 · 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'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

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'admission1
Résumé présentoui

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