Кіріспе

Көпфакторлы өлшемді азайту (КӨА) – бұл машиналық оқытудың автоматты тәсілдерінде де қолданылатын, тәуелді немесе сыныптық айнымалыға әсер ететін атрибуттар немесе тәуелсіз айнымалылардың комбинацияларын анықтау және сипаттауға арналған статистикалық тәсіл. КӨА дискретті айнымалылар арасындағы қосылмалы емес өзара әрекеттесулерді анықтау үшін арнайы әзірленді және логистикалық регрессия сияқты дәстүрлі статистикалық әдістерге қарағанда параметрлік емес және модельге тәуелді емес балама ретінде қарастырылады. КӨА әдісінің негізі – екі немесе одан көп айнымалыларды немесе атрибуттарды бір атрибутқа айналдыратын конструктивті индукциялық немесе мүмкіндіктерді жасау алгоритмі. Жаңа атрибут құру процесі деректердің бейнелеу кеңістігін өзгертеді. Соңғы мақсат – атрибуттар арасындағы сызықтық емес немесе қосылмалы емес өзара әрекеттесулерді анықтауды жеңілдететін бейнелеуді құру немесе табу, осылайша сыныптық айнымалының болжамы деректердің бастапқы бейнелеуімен салыстырғанда жақсары нәтиже береді.

MDR-мен машиналық оқыту

Жоғарыда көрсетілгендей, MDR-дегі негізгі конструктивті индукция алгоритмі өте қарапайым. Дегенмен, нақты деректерден үлгілерді табу үшін оны іске асыру есептеу жағынан күрделі болуы мүмкін. Кез келген машиналық оқыту алгоритмі сияқты, артық үйлесімділікке (overfitting) қатысты алаңдаушылықтар болады. Яғни, машиналық оқыту алгоритмдері толығымен кездейсоқ деректерде де үлгілерді табуға шебер. Есептелген үлгінің маңызды сигнал екенін немесе жай ғана кездейсоқтық екенін анықтау көбінесе қиынға соғады. Бір жолы – модельдің тәуелсіз деректер жиынтығына қалай жалпыланатынын бағалау, мысалы, кросс-валидация әдістерін қолдану. Кездейсоқ деректерді сипаттайтын модельдер әдетте жалпыланбайды. Тағы бір жолы – деректерді өндіру алгоритміне артық үйлесімділікке мүмкіндік бергенде қандай нәтижелер беретінін анықтау үшін деректердің көптеген кездейсоқ түрленімдерін жасау. Түрленімдік сынақ (permutation testing) нәтижеге эмпирикалық p-мәнін анықтауға мүмкіндік береді. Тәуелсіз деректерде қайталау (replication) MDR моделін растауға көмектеседі, бірақ деректер жиынтықтарындағы айырмашылықтарға сезімтал болуы мүмкін. Бұл тәсілдердің барлығы MDR модельдерін таңдау және бағалау үшін пайдалы екені көрсетілді. Машиналық оқытудағы маңызды қадам – нәтижелерді түсіндіру. MDR үшін энтропиялық талдау және жолдарды талдау сияқты бірнеше тәсілдер қолданылды. Ген-ген арасындағы өзара әрекеттесуді модельдеу үшін MDR-ды қолдану бойынша кеңестер мен тәсілдер қарастырылды.

MDR-ге кеңейтулер

MDR-ге көптеген толықтырулар енгізілді. Олардың ішінде отбасылық әдістер, бұлыңғыр әдістер, ковариаттарды реттеу, қатынас коэффициенттері, тәуекел көрсеткіштері, аман қалу әдістері, сенімді әдістер, сандық белгілерге арналған әдістер және тағы да басқалары бар.

МДР қолдану

МДР көбінесе гендік өзара әрекеттесуді немесе эпистазды жүрек айрығы (көкбауыр фибрилляциясы), аутизм, несеп көпіршігінің қатерлі ісігі, сүт безінің қатерлі ісігі, жүрек-қан тамырлары аурулары, семіздік, бүйрек безінің қатерлі ісігі, простата қатерлі ісігі және туберкулез сияқты кең таралған адам ауруларының генетикалық зерттеулерінде анықтау үшін қолданылған. Ол сондай-ақ фармакологиялық нәтижелердің генетикалық талдауы сияқты басқа да биомедициналық мәселелерде қолданылды. Басты қиындық – геномдық ауқымды ассоциация зерттеулері (GWAS) сияқты үлкен деректерге МДР-ді масштабтау. Осы үшін бірнеше тәсіл қолданылды. Бір тәсіл – МДР талдауын жүргізер алдында белгілерді сүзу. Бұл биологиялық білімді пайдалану арқылы, мысалы, BioFilter сияқты құралдар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Сондай-ақ, ReliefF сияқты есептеу құралдарын пайдалану арқылы да жасалуы мүмкін. Тағы бір тәсіл – мүмкіндіктердің комбинацияларын іздеу кеңістігін зерттеу үшін генетикалық бағдарламалау сияқты стохастикалық іздеу алгоритмдерін қолдану. Ал, тағы бір тәсіл – жоғары өнімді есептеулерді пайдалану арқылы толық іздеу.

Қолданылу

www.epistasis.org ашық кодты және тегін қолжетімді MDR бағдарламалық қамтамасын ұсынады. MDR үшін R пакеті. Sklearn-мен үйлесімді Python нұсқасы. Модельге негізделген MDR үшін R пакеті. Weka-дағы MDR. Жалпыланған MDR.