Анализ выживаемости с использованием расстояния Махаланобиса в ядрах модели Берана

Интеллектуальные системы и технологии, искусственный интеллект
Авторы:
Аннотация:

Анализ выживаемости имеет решающее значение для моделирования данных о времени до наступления события в медицине, инженерии и экономике. Оценка Берана служит эффективным непараметрическим инструментом для оценки условных функций выживаемости при цензурированных данных. Однако стандартная оценка Берана основана на евклидовом расстоянии для взвешивания ядер — метрике, которая не учитывает различие в масштабах признаков и корреляции между ними. Эти ограничения могут привести к неоптимальному взвешиванию, когда признаки демонстрируют мультиколлинеарность или различные единицы измерения. Для решения этой проблемы мы предлагаем оценку М-Берана — обобщенную формулировку, которая включает расстояние Махаланобиса в схему сглаживания ядер. Эта модификация обеспечивает инвариантность к масштабу данных и использует лежащую в основе корреляционную структуру пространства признаков, преобразуя ядро в эллиптически симметричную форму. Мы оцениваем предложенный метод с помощью численных экспериментов на реальных наборах данных времен до событий. Результаты показывают, что оценка М-Берана превосходит традиционную оценку Берана на основе евклидова расстояния, обеспечивая более высокую точность предсказаний.

Финансовые условия:

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания «Разработка и исследование моделей машинного обучения для решения фундаментальных задач искусственного интеллекта в топливно-энергетическом комплексе» (FSEG-2024-0027).

  • Список литературы

    1. Cox D.R. Analysis of survival data. London: Chapman and Hall/CRC, 2018.

    2. Hosmer D.W., Lemeshow S., May S. Applied Survival Analysis: Regression Modeling of Time to Event Data. New Jersey: John Wiley & Sons, 2008. DOI: 10.1002/9780470258019

    3. Tattar P., Vaman H.J. Survival Analysis. NY: Chapman and Hall/CRC, 2022. DOI: 10.1201/97810-03306979

    4. Wang P., Li Y., Reddy C.K. Machine Learning for Survival Analysis: A Survey. ACM Computing Surveys (CSUR), 2019, Vol. 51, No. 6, Art. no. 110. DOI: 10.1145/3214306

    5. Beran R. Nonparametric regression with randomly censored survival data, 1981.

    6. Cox D.R. Regression models and life-tables. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodo-logical), 1972, Vol. 34, No. 2. Pp. 187–220. DOI: 10.1111/j.2517-6161.1972.tb00899.x

    7. Berrendero J.R., Bueno-Larraz B., Cuevas A. On Mahalanobis Distance in Functional Settings. Jour-nal of Machine Learning Research, 2020, Vol. 21, Pp. 1–33.

    8. Dabrowska D.M. Non-Parametric Regression with Censored Survival Time Data. Scandinavian Jour-nal of Statistics, 1987, Vol. 14, No. 3, Pp. 181–197.

    9. Dabrowska D.M. Uniform Consistency of the Kernel Conditional Kaplan–Meier Estimate. The Annals of Statistics, 1989, Vol. 17, No. 3, Pp. 1157–1167.

    10. Ma Q., Zeng L., Tu S., Xu L. Kernel Mean Matching with Mahalanobis Distance for Causal Inference of Time-to-event Outcome. 2022 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine (BIBM), 2022, Pp. 509–514. DOI: 10.1109/BIBM55620.2022.9995021

    11. Baghfalaki T., Ganjali M., Berridge D. Robust joint modeling of longitudinal measurements and time to event data using normal/independent distributions: a Bayesian approach. Biometrical Journal, 2013, Vol. 55, No. 6, Pp. 844–865. DOI: 10.1002/bimj.201200272

    12. Baghfalaki T., Ganjali M., Hashemi R. Bayesian joint modeling of longitudinal measurements and time-to-event data using robust distributions. Journal of Biopharmaceutical Statistics, 2014, Vol. 24, No. 4, Pp. 834–855. DOI: 10.1080/10543406.2014.903657

    13. Liu M., Legault V., Fülöp T., Côté A.-M., Gravel D., Blanchet F.G., Leung D.L., Lee S.J., Nakaza-to Y., Cohen A.A. Prediction of mortality in hemodialysis patients using moving multivariate distance. Frontiers in Physiology, 2021, Vol. 12, Art. no. 612494. DOI: 10.3389/fphys.2021.612494

    14. Roblin E., Cournède P.-H., Michiels S. Evaluation of machine-learning models to measure individualized treatment effects from randomized clinical trial data with time-to-event outcomes. arXiv:2506.12277, 2025. DOI: 10.48550/arXiv.2506.12277

    15. Maas C.C.H.M., Kent D.M., Hughes M.C., Dekker R., Lingsma H.F., van Klaveren D. Performance metrics for models designed to predict treatment effect. BMC Medical Research Methodology, 2023, Vol. 23, Art. no. 165. DOI: 10.1186/s12874-023-01974-w

    16. De Maesschalck R., Jouan-Rimbaud D., Massart D.L. The Mahalanobis distance. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2000, Vol. 50, No. 1, Pp. 1–18. DOI: 10.1016/S0169-7439(99)00047-7

    17. Anthony H., Kamnitsas K. On the use of Mahalanobis distance for out-of-distribution detection with neural networks for medical imaging. Uncertainty for Safe Utilization of Machine Learning in Medical Imaging (UNSURE 2023), 2023, Vol. 14291, Pp. 136–146. DOI: 10.1007/978-3-031-44336-7_14

    18. Cabana E., Lillo R.E., Laniado H. Multivariate outlier detection based on a robust Mahalanobis distance with shrinkage estimators. Statistical Papers, 2021, Vol. 62, Pp. 1583–1609. DOI: 10.1007/s00362-019-01148-1

    19. Colombo P., Dadalto E., Staerman G., Noiry N., Piantanida P. Beyond Mahalanobis distance for tex-tual OOD detection. Advances in Neural Information Processing Systems, 2022, Vol. 35, P. 17744–17759.

    20. Podolskiy A., Lipin D., Bout A., Artemova E., Piontkovskaya I. Revisiting Mahalanobis distance for transformer-based out-of-domain detection. Proceedings of the 35th AAAI Conference on Artificial Intelligence, 2021, Vol. 35, No. 35, Pp. 13675–13682.

    21. Brown P.O., Chiang M.C., Guo S., Jin Y., Leung C.K., Murray E.L., Pazdor A.G.M., Cuzzocrea A. Mahalanobis distance based k-means clustering. Big Data Analytics and Knowledge Discovery, 2022, Vol. 13-428, Pp. 256–262. DOI: 10.1007/978-3-031-12670-3_23

    22. Nielsen S., Abdullaev L., Teo R., Nguyen T.M. Elliptical attention. 38th Conference in Neural Informa-tion Processing Systems (NeurIPS), 2024, Pp. 1–42.

    23. Wiegrebe S., Kopper P., Sonabend R., Bischl B., Bender A. Deep learning for survival analysis: a review. Artificial Intelligence Review, 2024, Vol. 57, Art. no. 65. DOI: 10.1007/s10462-023-10681-3

    24. Kaplan E.L., Meier P. Nonparametric Estimation from Incomplete Observations. Journal of the Ame-rican Statistical Association, 1958, Vol. 53, No. 282, P. 457–481. DOI: 10.2307/2281868

    25. Van der Maaten L., Hinton G. Visualizing data using t-SNE. Journal of Machine Learning Research, 2008, Vol. 9, No. 86, P. 2579–2605.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Предыдущая статьяСледующая статья