Comparison of methods for tuning machine learning model hyper-parameters: with application to predicting high-need high-cost health care users
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background Supervised machine learning is increasingly being used to estimate clinical predictive models. Several supervised machine learning models involve hyper-parameters, whose values must be judiciously specified to ensure adequate predictive performance. Objective To compare several (nine) hyper-parameter optimization (HPO) methods, for tuning the hyper-parameters of an extreme gradient boosting model, with application to predicting high-need high-cost health care users. Methods Extreme gradient boosting models were estimated using a randomly sampled training dataset. Models were separately trained using nine different HPO methods: 1) random sampling, 2) simulated annealing, 3) quasi-Monte Carlo sampling, 4-5) two variations of Bayesian hyper-parameter optimization via tree-Parzen estimation, 6-7) two implementations of Bayesian hyper-parameter optimization via Gaussian processes, 8) Bayesian hyper-parameter optimization via random forests, and 9) the covariance matrix adaptation evolutionary strategy. For each HPO method, we estimated 100 extreme gradient boosting models at different hyper-parameter configurations; and evaluated model performance using an AUC metric on a randomly sampled validation dataset. Using the best model identified by each HPO method, we evaluated generalization performance in terms of discrimination and calibration metrics on a randomly sampled held-out test dataset (internal validation) and a temporally independent dataset (external validation). Results The extreme gradient boosting model estimated using default hyper-parameter settings had reasonable discrimination (AUC=0.82) but was not well calibrated. Hyper-parameter tuning using any HPO algorithm/sampler improved model discrimination (AUC=0.84), resulted in models with near perfect calibration, and consistently identified features predictive of high-need high-cost health care users. Conclusions In our study, all HPO algorithms resulted in similar gains in model performance relative to baseline models. This finding likely relates to our study dataset having a large sample size, a relatively small number of features, and a strong signal to noise ratio; and would likely apply to other datasets with similar characteristics.
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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 | 0,012 | 0,026 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| 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 ».