Statistical learning with a large number of rare binary features is commonly encountered in analyzing electronic health records (EHR) data, especially in the modeling of disease onset with prior medical diagnoses and procedures. Dealing with the resulting highly sparse and large-scale binary feature matrix is notoriously challenging as conventional methods may suffer from a lack of power in testing and inconsistency in model fitting while machine learning methods may suffer from the inability of producing interpretable results or clinically-meaningful risk factors. To improve EHR-based modeling and utilize the natural hierarchical structure of disease classification, we propose a tree-guided feature selection and logic aggregation approach for large-scale regression with rare binary features, in which dimension reduction is achieved through not only a sparsity pursuit but also an aggregation promoter with the logic operator of ``or''. We convert the combinatorial problem into a convex linearly-constrained regularized estimation, which enables scalable computation with theoretical guarantees. In a suicide risk study with EHR data, our approach is able to select and aggregate prior mental health diagnoses as guided by the diagnosis hierarchy of the International Classification of Diseases. By balancing the rarity and specificity of the EHR diagnosis records, our strategy improves both prediction and model interpretation. We identify important higher-level categories and subcategories of mental health conditions and simultaneously determine the level of specificity needed for each of them in predicting suicide risk.


翻译:在分析电子健康记录(EHR)数据时,通常会遇到大量稀有的二进制特征的统计学习,特别是在以先前的医疗诊断和程序来模拟疾病发病的模型方面。处理由此造成的高度分散和大规模二进制特征矩阵,具有臭名昭著的挑战性,因为常规方法在测试方面可能缺乏力量,在模型安装方面可能存在不一致,而机器学习方法则可能因无法产生可解释的结果或临床上有意义的风险因素而受到影响。为了改进基于EHR的建模,并利用疾病分类的自然等级结构,我们提议了一种以树为导向的特征选择和逻辑汇总方法,用于具有稀有二进制特征的大规模回归。在这种方法中,不仅通过放松追求,而且通过与“oror”逻辑操作者一道的集成促进器,实现规模的减少。我们把组合问题转换成一个线性、受约束的定期估算,从而能够用理论保证进行可缩放的计算。在一项基于EHR数据进行的自杀风险研究中,我们的方法能够选择和汇总先前的心理健康诊断诊断诊断性诊断结果,以国际疾病分类等级等级为基础。我们同时确定各种疾病诊断性水平的精确性和次精确性和程度,从而确定各种需要的精确性和程度。

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特征选择( Feature Selection )也称特征子集选择( Feature Subset Selection , FSS ),或属性选择( Attribute Selection )。是指从已有的M个特征(Feature)中选择N个特征使得系统的特定指标最优化,是从原始特征中选择出一些最有效特征以降低数据集维度的过程,是提高学习算法性能的一个重要手段,也是模式识别中关键的数据预处理步骤。对于一个学习算法来说,好的学习样本是训练模型的关键。
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