Learning an individualized dose rule in personalized medicine is a challenging statistical problem. Existing methods often suffer from the curse of dimensionality, especially when the decision function is estimated nonparametrically. To tackle this problem, we propose a dimension reduction framework that effectively reduces the estimation to a lower-dimensional subspace of the covariates. We exploit that the individualized dose rule can be defined in a subspace spanned by a few linear combinations of the covariates, leading to a more parsimonious model. The proposed framework does not require the inverse probability of the propensity score under observational studies due to a direct maximization of the value function. This distinguishes us from the outcome weighted learning framework, which also solves decision rules directly. Under the same framework, we further propose a pseudo-direct learning approach that focuses more on estimating the dimensionality-reduced subspace of the treatment outcome. Parameters in both approaches can be estimated efficiently using an orthogonality constrained optimization algorithm on the Stiefel manifold. Under mild regularity assumptions, the results on the asymptotic normality of the proposed estimators are established, respectively. We also derive the consistency and convergence rate for the value function under the estimated optimal dose rule. We evaluate the performance of the proposed approaches through extensive simulation studies and a warfarin pharmacogenetic dataset.


翻译:在个性化医学中学习个性化剂量规则是一个具有挑战性的统计问题。现有方法往往受到维度诅咒的诅咒,特别是在决定功能被非对称估计的情况下。为了解决这个问题,我们建议了一个维度减少框架,将估计有效降低到共变体的低维子空间。我们利用这一框架,在由同系体的几条线性组合组成的子空间中,可以界定个性化剂量规则,从而导致形成一个更偏颇的模式。拟议的框架不需要由于直接实现价值功能最大化而在观测研究中得出常态分数的反概率。这使我们有别于结果加权学习框架,该框架也直接解决了决定规则。在同一框架内,我们进一步提出一个假直接学习方法,更侧重于估计治疗结果的维度调整子空间。两种方法的参数都可以使用 Stiefel 多元性限制优化算法来有效估计。在温度假设下,拟议的估测值标准值常态性结果与标准规则的常态性。我们还分别通过模拟方法评估了拟议的标准的统一性和最佳水平。

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