In recent years, the field of precision medicine has seen many advancements. Significant focus has been placed on creating algorithms to estimate individualized treatment rules (ITR), which map from patient covariates to the space of available treatments with the goal of maximizing patient outcome. Direct Learning (D-Learning) is a recent one-step method which estimates the ITR by directly modeling the treatment-covariate interaction. However, when the variance of the outcome is heterogeneous with respect to treatment and covariates, D-Learning does not leverage this structure. Stabilized Direct Learning (SD-Learning), proposed in this paper, utilizes potential heteroscedasticity in the error term through a residual reweighting which models the residual variance via flexible machine learning algorithms such as XGBoost and random forests. We also develop an internal cross-validation scheme which determines the best residual model amongst competing models. SD-Learning improves the efficiency of D-Learning estimates in binary and multi-arm treatment scenarios. The method is simple to implement and an easy way to improve existing algorithms within the D-Learning family, including original D-Learning, Angle-based D-Learning (AD-Learning), and Robust D-Learning (RD-Learning). We provide theoretical properties and justification of the optimality of SD-Learning. Head-to-head performance comparisons with D-Learning methods are provided through simulations, which demonstrate improvement in terms of average prediction error (APE), misclassification rate, and empirical value, along with data analysis of an AIDS randomized clinical trial.


翻译:近些年来,精密医学领域取得了许多进步,重点已经放在创建算法以估计个性化治疗规则(ITR)上,该算法绘制了从病人共变到现有治疗空间的分布图,目的是最大限度地扩大病人的结果。直接学习(D-Learning)是最近的一个一步方法,它通过直接模拟治疗-变异相互作用来估计ITR。然而,当结果差异在治疗和共变方面各不相同时,D-L学习没有利用这一结构。本文中提议的稳定直接学习(SD-Learning)在错误术语中利用潜在的超常性能,通过一个残余的重新加权,通过诸如XGBoost和随机森林等灵活的机器学习算法来模拟残余差异。我们还开发了一个内部交叉校验计划,用以确定相互竞争的模型中的最佳残余模型。SD-L学习提高了D-L在二进制和多臂治疗假设中估算的D-L-L-学习的效益。该方法易于实施,而且容易改进了D-L-L-I-Scial-Scial-Scial-Scial-Scial-Scial Ad-Scial-I-Scial-I-Scial-Scial-Scial-I-I-Scial-D-Shar-I-Sal-Silviol-SD-SD-I-I-I-I-SD-I-I-I-SD-I-I-SAR-SAR-I-SAR-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-I-I-SD-SD-I-SD-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-

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