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C5.0决策树与RBF神经网络模型用于急性缺血性脑卒中出血性转化的风险预测性能比较

王海东 张璐 王洁 李晶 周莹 王国立 汪可可 彭延波 武建辉

王海东, 张璐, 王洁, 李晶, 周莹, 王国立, 汪可可, 彭延波, 武建辉. C5.0决策树与RBF神经网络模型用于急性缺血性脑卒中出血性转化的风险预测性能比较[J]. 中华疾病控制杂志, 2019, 23(2): 227-232. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2019.02.021
引用本文: 王海东, 张璐, 王洁, 李晶, 周莹, 王国立, 汪可可, 彭延波, 武建辉. C5.0决策树与RBF神经网络模型用于急性缺血性脑卒中出血性转化的风险预测性能比较[J]. 中华疾病控制杂志, 2019, 23(2): 227-232. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2019.02.021
WANG Hai-dong, ZHANG Lu, WANG Jie, LI Jing, ZHOU Ying, WANG Guo-li, WANG Ke-ke, PENG Yan-bo, WU Jian-hui. Comparing performance of C5.0 decision tree and radial basis function neural network for predicting hemorrhagic transformation in patients with acute ischemic stroke[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2019, 23(2): 227-232. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2019.02.021
Citation: WANG Hai-dong, ZHANG Lu, WANG Jie, LI Jing, ZHOU Ying, WANG Guo-li, WANG Ke-ke, PENG Yan-bo, WU Jian-hui. Comparing performance of C5.0 decision tree and radial basis function neural network for predicting hemorrhagic transformation in patients with acute ischemic stroke[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2019, 23(2): 227-232. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2019.02.021

C5.0决策树与RBF神经网络模型用于急性缺血性脑卒中出血性转化的风险预测性能比较

doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2019.02.021
基金项目: 

河北省高等学校科学技术研究项目 QN2017349

详细信息
    通讯作者:

    武建辉, E-mail: wujianhui555@163.com

  • 中图分类号: R743.3;R181.2

Comparing performance of C5.0 decision tree and radial basis function neural network for predicting hemorrhagic transformation in patients with acute ischemic stroke

Funds: 

Science & Technology Program in Higher Education of Heibei Province QN2017349

More Information
  • 摘要:   目的  比较C5.0决策树与径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络用于急性缺血性脑卒中(acute jschemic stroke,AIS)出血性转化(hemorrhagic transformation,HT)风险预测性能。  方法  将AIS住院患者作为研究对象,收集相关资料。根据入院2周内是否发生HT分为HT组与非HT组,建立C5.0决策树与RBF神经网络模型,比较两者的预测性能。  结果  共收集460份病历资料,按照训练集与测试集7 ∶3的比例分为训练集样本和测试集样本。C5.0决策树模型的训练集与测试集准确率分别为96.5%和80.1%,灵敏度为98.1%和82.6%,特异度为94.8%和77.9%,Kappa指数是0.93和0.60,AUC是0.97和0.80。RBF神经网络模型的训练集与测试集准确率分别为72.6%和74.7%,灵敏度为87.6%和88.4%,特异度为56.9%和62.3%,Kappa指数为0.45和0.50,AUC为0.72和0.75;在训练集中,C5.0决策树模型的预测性能优于RBF神经网络模型的预测性能。在测试集中,两者预测性能的差异无统计学意义。  结论  C5.0决策树模型的预测性能优于RBF神经网络模型的预测性能。
  • 图  1  C5.0决策树模型与ROC曲线图

    Figure  1.  C5.0 decision tree model diagram and ROC curves

    表  1  急性缺血性脑卒中患者出血性转化单因素分析

    Table  1.   Univariate analysis of hemorrhagic transformation in patients with acute ischemic stroke (Enumeration data)

    变量 病例[n(%)] χ2 P
    非HT组(n=230) HT组(n=230)
    性别 0.039 0.844
      男 152(66.1) 150(65.2)
      女 78(33.9) 80(34.8)
    职业 1.887 0.389
      农民 96(41.7) 82(35.7)
      职工 91(39.6) 98(42.6)
      其他 43(18.7) 50(21.7)
    教育 1.839 0.399
      初中及以下 108(47.0) 95(41.3)
      高中 92(40.0) 106(46.1)
      本科及以上 30(13.0) 29(12.6)
    吸烟史 1.589 0.208
      无 140(60.9) 153(66.5)
      有 90(39.1) 77(33.5)
    饮酒史 1.821 0.177
      无 159(69.1) 172(74.5)
      有 71(30.9) 58(25.2)
    高血压病 13.939 <0.001
      无 140(60.9) 100(43.5)
      有 90(39.1) 130(56.5)
    糖尿病 11.337 0.001
      无 194(84.3) 164(71.3)
      有 36(15.7) 66(28.7)
    房颤 7.457 0.006
      无 209(90.9) 189(82.2)
      有 21(9.1) 41(17.8)
    脑梗死史 7.578 0.006
      无 175(76.1) 148(64.3)
      有 55(23.9) 82(35.7)
    脑出血史 0.069 0.793
      无 222(97.7) 221(97.0)
      有 8(3.5) 7(3.0)
    抗凝史 0.620 0.431
      无 224(97.4) 221(96.1)
      有 6(2.6) 9(3.9)
    抗血小板药物史 2.353 0.013
      无 206(89.6) 195(84.8)
      有 24(10.4) 35(15.2)
    大面积脑梗死 6.922 0.009
      无 198(86.1) 176(76.5)
      有 32(13.9) 54(23.5)
    脑白质疏松 4.005 0.045
      无 213(93.6) 200(87.0)
      有 17(7.4) 30(13.0)
    早期CT低密度影 8.175 0.004
      无 183(79.6) 156(67.8)
      有 47(20.4) 74(32.2)
    溶栓治疗 11.474 0.001
      无 221(96.1) 201(87.4)
      有 9(3.9) 29(12.6)
    抗凝治疗 9.098 0.003
      无 173(75.2) 143(62.2)
      有 57(24.8) 87(37.8)
    抗血小板治疗 0.514 0.474
      无 64(27.8) 71(30.9)
      有 166(72.2) 159(69.1)
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    表  2  急性缺血性脑卒中患者出血性转化单因素分析

    Table  2.   Univariate analysis of hemorrhagic transformation in patients with acute ischemic stroke (Measurement data)

    变量 病例[M(P25P75)/x±s] t/Z P
    非HT组 HT组
    年龄(岁) 63(56, 69) 62(56, 70) 0.102 0.918
    体重指数(kg/m2) 26(24, 30) 25(23, 29) 1.114 0.265
    发病至入院时间(h) 24(9, 24) 18(9, 25) 0.793 0.428
    NIHSS评分 6(3, 14) 16(8, 20) 7.876 <0.001
    收缩压(mmHg) 158.17±25.00 156.06±24.37 0.918 0.359
    舒张压(mmHg) 90.23±14.00 88.37±13.83 1.413 0.153
    白细胞(109/L) 7.10±1.85 8.73±3.22 6.653 <0.001
    血小板(109/L) 216.82±69.81 210.79±68.47 0.936 0.350
    单核细胞(109/L) 0.56±0.30 0.57±0.34 0.483 0.629
    PT-INR 0.98(0.93, 1.03) 1.05(0.97, 1.10) 6.601 <0.001
    纤维蛋白原(g/L) 3.67±1.253 3.86±1.305 1.607 0.109
    白蛋白(g/L) 42.24±5.09 40.88±4.33 3.091 0.002
    总胆固醇(mmol/L) 5.01±1.15 4.88±1.12 1.191 0.234
    甘油三酯(mmol/L) 1.84±1.21 1.50±0.89 3.377 0.001
    高密度脂蛋白(mmol/L) 1.20±0.29 1.16±0.31 1.511 0.132
    低密度脂蛋白(mmol/L) 2.95±0.87 2.94±0.97 0.184 0.854
    空腹血糖(mmol/L) 6.40±1.33 6.58±1.36 1.511 0.132
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    表  2  C5.0决策树和RBF神经网络模型训练集和测试集样本的分类结果[n(%)]

    Table  2.   The result of training andtest set in the C5.0 decision tree and RBF neural network model[n(%)]

    模型 观测值 合计
    决策树模型
      训练集预测值
    158(98.1) 8(5.2) 166
    3(1.9) 145(94.8) 148
    合计 161(100.0) 153(100.0) 314
      测试集预测值
    57(82.6) 17(22.1) 74
    12(17.4) 60(77.9) 72
    合计 69(100.0) 77(100.0) 146
    RBF神经网络模型
      训练集预测值
    141(87.6) 66(43.1) 207
    20(12.4) 87(56.9) 107
    合计 161(100.0) 153(100.0) 314
      测试集预测值
    61(88.4) 29(37.7) 90
    8(11.6) 48(62.3) 56
    合计 69(100.0) 77(100.0) 146
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    表  3  两种风险模型在训练集和测试集的预测性能比较

    Table  3.   Predictive value of two risk models in the training and test set

    评价指标 训练集 测试集
    C5.0决策树模型 RBF神经网络模型 C5.0决策树模型 RBF神经网络模型
    准确率(%) 96.50 72.60 80.10 74.70
    平均正确性(%) 82.80 45.20 80.20 47.80
    灵敏度(%) 98.10 87.60 82.60 88.40
    特异度(%) 94.80 56.90 77.90 62.30
    约登指数 0.93 0.45 0.61 0.51
    符合率(%) 96.50 72.60 80.10 74.70
    Kappa指数 0.93 0.45 0.60 0.50
    阳性似然比 18.87 2.03 3.74 2.35
    阴性似然比 0.02 0.22 0.22 0.19
    阳性预测值(%) 95.20 68.10 77.00 67.80
    阴性预测值(%) 98.00 81.30 83.30 85.70
    AUC 0.97 0.72 0.80 0.75
    AUC 95%CI
      lower 0.94 0.67 0.73 0.68
      upper 0.98 0.77 0.86 0.82
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    表  4  训练集和测试集AUC的比较

    Table  4.   AUC comparison of the two risk models in the training and test set

    模型 AUC差值 SE 95% CI Z P
    lower upper
    RBF神经网络模型vs C5.0决策树模型a 0.245 0 0.023 3 0.200 0 0.291 0 10.540 <0.001
    RBF神经网络模型vs C5.0决策树模型b 0.048 9 0.025 2 -0.000 4 0.098 3 1.944 0.051 9
    注:a训练集;b测试集。注:(a) 出血性转化的C5.0决策树模型图;(b) 训练集中两种预测模型的ROC曲线图;(c) 测试集中两种预测模型的ROC曲线图。
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  • 收稿日期:  2018-10-31
  • 修回日期:  2018-12-28
  • 刊出日期:  2019-02-10

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