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融合XGBoost与SHAP的冠心病预测及其特征分析模型
引用本文:左航旭,陈小昆,廖彬,孙瑞娜.融合XGBoost与SHAP的冠心病预测及其特征分析模型[J].计算机应用研究,2022,39(6).
作者姓名:左航旭  陈小昆  廖彬  孙瑞娜
作者单位:新疆财经大学统计与数据科学学院,新疆财经大学统计与数据科学学院,新疆财经大学统计与数据科学学院,中国科学院信息工程研究所,中国科学院大学 网络空间安全学院
基金项目:国家自然科学基金资助项目(61562078,71563048);新疆天山青年计划资助项目(2018Q073);新疆高校研自科项目(XJEDU2021Y037);新疆“天山雪松计划”青年拔尖人才计划项目
摘    要:为了解决冠心病诊断模型中性能无法满足临床应用要求、缺乏可解释性的问题,提出一种融合XGBoost与SHAP的冠心病预测及其特征分析模型。在对数据集进行特征工程的基础上,将处理好的数据集输入XGBoost模型进行训练,并且对模型进行优化,进一步提高了模型的性能表现;其次,与基于SVM、朴素贝叶斯等六种机器学习模型以及八种主流机器学习模型进行实验对比,参数优化后的XGBoost模型在准确率、特异度、F1值和AUC值四个指标上分别达到0.9942、0.9970、0.9941和0.9998,均优于已有模型;最后引入SHAP框架增强模型可解释性,综合四种模型特征重要性排序结果,识别出影响冠心病的重要因素,为医生作出正确的诊断提供决策参考。

关 键 词:冠心病预测    XGBoost模型    SHAP模型    特征分析
收稿时间:2021/11/21 0:00:00
修稿时间:2022/5/23 0:00:00

Coronary artery disease prediction and feature analysis model based on XGBoost and SHAP
Zuohangxu,Chengxiaokun,Liaobin and Suiruina.Coronary artery disease prediction and feature analysis model based on XGBoost and SHAP[J].Application Research of Computers,2022,39(6).
Authors:Zuohangxu  Chengxiaokun  Liaobin and Suiruina
Affiliation:ollege of Statistics and Data Science, Xinjiang University of Finance and Economics,,,
Abstract:To address the lack of practical application and interpretability of coronary artery disease(CAD) diagnostic models, this paper propsed a novel model based on XGBoost and SHAP for the diagnosis of CAD. Firstly, it put the processed dataset into the XGBoost model for training, and optimized the model to boost performance. Then, compared to six machine learning models such as SVM and naive Bayes and eight mainstream machine learning models, the parameter-optimized XGBoost model obtains 0.994 2, 0.997 0, 0.994 1 and 0.999 8 in accuracy, specificity, F1 and AUC, which are higher than the existing models. Lastly, it used the SHAP framework to improve model interpretability and identified important factors affecting CAD. The proposed model has the potential to be a useful diagnostic tool in hospitals for the diagnosis of CAD.
Keywords:CAD prediction  XGBoost model  SHAP model  feature analysis
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