EnsDeepDP: An Ensemble Deep Learning Approach for Disease Prediction Through Metagenomics

人工智能 机器学习 集成学习 Boosting(机器学习) 计算机科学 梯度升压 分类器(UML) 深度学习 微生物群 集合预报 无监督学习 监督学习 随机森林 人工神经网络 生物信息学 生物
作者
Yang Shen,Jinlin Zhu,Zhaohong Deng,Wenwei Lu,Hongchao Wang
出处
期刊:IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (2): 986-998 被引量:19
标识
DOI:10.1109/tcbb.2022.3201295
摘要

A growing number of studies show that the human microbiome plays a vital role in human health and can be a crucial factor in predicting certain human diseases. However, microbiome data are often characterized by the limited samples and high-dimensional features, which pose a great challenge for machine learning methods. Therefore, this paper proposes a novel ensemble deep learning disease prediction method that combines unsupervised and supervised learning paradigms. First, unsupervised deep learning methods are used to learn the potential representation of the sample. Afterwards, the disease scoring strategy is developed based on the deep representations as the informative features for ensemble analysis. To ensure the optimal ensemble, a score selection mechanism is constructed, and performance boosting features are engaged with the original sample. Finally, the composite features are trained with gradient boosting classifier for health status decision. For case study, the ensemble deep learning flowchart has been demonstrated on six public datasets extracted from the human microbiome profiling. The results show that compared with the existing algorithms, our framework achieves better performance on disease prediction.
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