马尔可夫毯式遗传算法在基因选择中的应用

2024-05-09 00:58

本文主要是介绍马尔可夫毯式遗传算法在基因选择中的应用,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

#引用

##LaTex

@article{ZHU20073236,
title = “Markov blanket-embedded genetic algorithm for gene selection”,
journal = “Pattern Recognition”,
volume = “40”,
number = “11”,
pages = “3236 - 3248”,
year = “2007”,
issn = “0031-3203”,
doi = “https://doi.org/10.1016/j.patcog.2007.02.007”,
url = “http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031320307000945”,
author = “Zexuan Zhu and Yew-Soon Ong and Manoranjan Dash”,
keywords = “Microarray, Feature selection, Markov blanket, Genetic algorithm (GA), Memetic algorithm (MA)”
}

##Normal

Zexuan Zhu, Yew-Soon Ong, Manoranjan Dash,
Markov blanket-embedded genetic algorithm for gene selection,
Pattern Recognition,
Volume 40, Issue 11,
2007,
Pages 3236-3248,
ISSN 0031-3203,
https://doi.org/10.1016/j.patcog.2007.02.007.
(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031320307000945)
Keywords: Microarray; Feature selection; Markov blanket; Genetic algorithm (GA); Memetic algorithm (MA)


#摘要

Microarray technologies
the smallest possible set of genes

Markov blanket-embedded genetic algorithm (MBEGA) for gene selection problem

Markov blanket and predictive power in classifier model

filter, wrapper, and standard GA

evaluation criteria:
classification accuracy, number of selected genes, computational cost, and robustness


#主要内容

这里写图片描述


##Markov Blanket(Markov毯)

F F F — 所有特征的集合
C C C — 类别

一个特征 F i F_i Fi的Markov毯 定义如下:

定义(Markov毯)
M M M — 一个特征子集(不包含 F i F_i Fi
即, M ∈ F M \in F MF F i ∉ M F_i \notin M Fi/M
M M M F i F_i Fi的一个Markov毯,若
给定 M M M F i F_i Fi是对于 ( F ∪ C ) − M − { F i } \left( F \cup C \right) - M - \left\{ F_i \right\} (FC)M{Fi}条件独立的,
即, P ( F − M − { F i } , C ∣ F i , M ) = P ( F − M − { F i } , C ∣ M ) P \left( F - M - \left\{ F_i \right\}, C | F_i, M \right) = P \left( F - M - \left\{ F_i \right\}, C | M \right) P(FM{Fi},CFi,M)=P(FM{Fi},CM)

给定X,两个属性A与B是条件独立的,若$P \left( A | X, B \right) = P \left( A | X \right) , 也 就 是 说 , B 并 不 能 在 X 之 外 提 供 关 于 A 的 信 息 。 若 一 个 特 征 ,也就是说,B并不能在X之外提供关于A的信息。若一个特征 BXAF_i 在 当 前 选 择 的 特 征 子 集 中 有 一 个 M a r k o v 毯 在当前选择的特征子集中有一个Markov毯 MarkovM , 那 么 ,那么 F_i 在 在 M 之 外 关 于 之外关于 C 不 能 提 供 其 他 选 择 的 特 征 的 信 息 , 因 此 , 不能提供其他选择的特征的信息,因此, F_i 能 够 安 全 移 除 。 然 而 , 决 定 特 征 的 条 件 独 立 的 计 算 复 杂 度 通 常 非 常 高 , 因 此 , 只 使 用 一 个 特 征 来 估 计 能够安全移除。然而,决定特征的条件独立的计算复杂度通常非常高,因此,只使用一个特征来估计 使F_i$的Markov毯。

定义(近似Markov毯)
对于两个特征 F i F_i Fi F j F_j Fj i ≠ j i\neq j i̸=j F j F_j Fj可看作为 F i F_i Fi的近似Markov毯,若 S U j , C ≥ S U i , C SU_{j,C} \geq SU_{i,C} SUj,CSUi,C S U i , j ≥ S U i , C SU_{i,j} \geq SU_{i,C} SUi,jSUi,C,其中,
对称不确定性(symmetrical uncertainty,SU)度量特征(包括类, C C C)间的相关性,定义为:

这里写图片描述

I G ( F i ∣ F j ) IG \left( F_i | F_j \right) IG(FiFj) — 特征 F i F_i Fi F j F_j Fj间的信息增益
H ( F i ) H \left( F_i \right) H(Fi) H ( F j ) H \left( F_j \right) H(Fj) — 特征 F i F_i Fi F j F_j Fj的熵
S U i , C SU_{i,C} SUi,C — 特征 F i F_i Fi与类 C C C间的相关性,称为C-correlation
一个特征被认为是相关的若其C-correlation高于用户给定的阈值 γ \gamma γ,即, S i , C > γ S_{i,C} > \gamma Si,C>γ
没有任何近似Markov毯的特征为predominant feature主导特征


##马尔可夫毯式嵌入式遗传算法

这里写图片描述

这里写图片描述

这里写图片描述

若适应值差异小于 ε \varepsilon ε,则特征数较少的个体较好

Lamarckian learning:
通过将局部改进的个体放回种群竞争繁殖的机会,来迫使基因型反映改进的效果

这里写图片描述

X X X — 选择的特征子集
Y Y Y — 排除的特征子集

这里写图片描述

C-correlation 只计算一次

搜索范围 L L L — 定义了 A d d Add Add D e l Del Del操作的最大数目 — L 2 L^2 L2个操作组合
随机顺序 — 直到得到改进提升效果

这里写图片描述

Lamarckian learning process

之后是
usual evolutionary operations:

  1. linear ranking selection
  2. uniform crossover
  3. mutation operators with elitism

##试验

MBEGA method

考虑了:

  1. the FCBF (fast correlation-based filter)
  2. BIRS (best incremental ranked subset)
  3. standard GA feature selection algorithms

FCBF —
a fast correlation based filter method

  1. selecting a subset of relevant features whose C-correlation are larger than a given threshold γ \gamma γ
  2. sorts the relevant features in descending order in terms of C-correlation
  3. redundant features are eliminated one-by-one in a descending order

A feature is redundant 仅当 it has an approximate Markov blanket

predominant features with zero redundant features in terms of C-correlation

BIRS — a similar scheme as the FCBF
evaluates the goodness of features using a classifier

  1. ranking the genes according to some measure of interest
  2. sequentially selects the ranked features one-by-one based on their incremental usefulness

calls to the classifier as many times as the number of features

B I R S F BIRS_F BIRSF or B I R S W BIRS_W BIRSW — 基于 — C-correlation (i.e., symmetrical uncertainty between feature F i F_i Fi and the class C C C) or individual predictive power

B I R S F BIRS_F BIRSF 耗时更少


###synthetic data 合成数据

这里写图片描述
ten 10-fold crossvalidations
with C4.5 classifier

10 independent runs

The maximum number of selected features in each chromosome, m, is set to 50.


###microarray data 微阵列数据

这里写图片描述

The .632+ bootstrap

这里写图片描述

K次重采样

the support vector machine (SVM) — microarray classification problems

one-versus-rest strategy — multi-class datasets

the linear kernel SVM

这里写图片描述
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