1.一种基于序贯三支的置信图卷积神经网络的自闭症分类方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、收集自闭症受试者的信息,构建自闭症数据集;
步骤2、应用拓扑图整合自闭症数据集的图像数据和非图像数据;
步骤3、提出置信图卷积神经网络GCN;应用图卷积神经网络GCN对自闭症节点进行分类;在图卷积神经网络GCN中引入置信度模块,定义置信度作为评估自闭症受试者分类不确定性的标准;定义自闭症类别标签输出概率与真实标签的相关程度作为置信度,应用损失conf函数L 训练置信图卷积神经网络GCN,并获得自闭症节点的标签与置信度;
所述步骤3具体过程如下:
步骤3.1、给定自闭症拓扑图G={V,E}和节点特征 输入图卷积神经网络GCN;
其中,V代表拓扑图中自闭症受试者节点,E代表自闭症拓扑图的边;其中,E={E1,E2,…,Et}为自闭症拓扑图的边集,V={v1,v2,…,vn}为自闭症受试者拓扑图的节点集,t为拓扑图边的数量,n为自闭症受试者拓扑图节点个数;
步骤3.2、计算所有样本的最大类别概率:对于任一自闭症样本xi,图卷积神经网络GCN通过计算每个自闭症类别标签的输出概率,对概率预测分布P(D|w,xi)进行分配;最大类别概率MCP为自闭症类别标签的概率最大值:其中,自闭症样本集X={x1,x2,…xn},自闭症样本对应的类别标签集合Y={y1,y2,…,yn},自闭症的标签集合为D={d1,d2,…dm},其中n为自闭症样本个数,m为类别标签个数,w是图卷积神经网络GCN参数;
步骤3.3、计算图卷积神经网络GCN的交叉熵损失函数:为了获得模型的分类置信度,分类器f:xi→yi被构造;分类器f可视为一种概率模型;对于样本xi,其对应的MCP值为pi;分类cls器f通过交叉熵损失函数L 完成训练:
步骤3.4、将节点特征 输入图卷积神经网络GCN的置信度模块;
步骤3.5、计算真实类别概率TCP,即置信度,应用真实类别概率的思想,定义新的置信标准;采用真实类别概率TCP,获得较为可靠的分类置信度,即自闭症样本xi的真实标签yi被分配于自闭症样本xi的概率;总的来说,根据预测分布P(yi|xi)=pi和对应自闭症标签yi,真实类别概率TCP被定义为:conf
步骤3.6、计算置信度损失函数L :引入置信神经网络g:x→TCP来近似处理真实类别conf概率TCP,获得结果为TCP,其中TCP∈(0,1);置信神经网络的损失函数L :conf cls
L =(TCP‑TCP)+L (4)
conf
步骤3.7、利用置信度损失函数L 反向训练图卷积神经网络GCN,得到自闭症受试者节点的标签和置信度;
其中,label={l1,l2,…ln}为自闭症受试者节点的标签集,confidence={c1,c2,...,cn}为节点的置信度,li被设置为0或1;
步骤4中,划分自闭症节点置信度和标签;如果自闭症节点置信度较高且标签为1,则自闭症受试者节点的标签是健康的;自闭症节点置信度较高且标签为0,则自闭症受试者节点的标签是患者;若自闭症节点的置信度较低,则被认为是不确定性的;
所述步骤4中还包括对于高置信度节点,自闭症节点标签被应用于更新拓扑图;对于低置信度节点,重复步骤3,完成序贯三支分类,直至所有节点的置信度为高置信度;
所述步骤4具体过程如下:
步骤4.1、根据步骤3得到的节点置信度和标签,利用序贯三支决策模块,根据自闭症拓扑图节点的置信度划分节点:主要分为以下三个区域,正域,边界域,负域:POS(vi)={labeli=1|confidence=high and labeli=1} (5.1)BND(vi)={labeli is uncertain|confidence=low} (5.2)NEG(vi)={labeli=0|confidence=high and labeli=0} (5.3);
步骤4.2、在经历步骤4.1后,应用高置信度自闭症节点的标签更新拓扑图G={V,E}为G1={V1,E1};而不确定性的自闭症节点依旧被视为未知节点,即无法确定此自闭症受试者是否健康;此时需要对低置信度自闭症节点进一步处理;
步骤4.3、将更新后的自闭症拓扑图G1={V1,E1}和对应的节点特征输入置信图卷积神经网络GCN,同时得到节点标签和对应的置信度;
步骤4.4、重复步骤3,直至不存在低置信度的节点,即不存在具有不确定性的节点;此时所有节点的置信度较高,获得所有自闭症受试者诊断结果。
2.根据权利要求1所述的基于序贯三支的置信图卷积神经网络的自闭症分类方法,其特征在于,所述步骤1中,收集自闭症受试者的信息,构建自闭症数据集;其中自闭症数据集来自于不同影像数据采集站点中的不同受试者;这些受试者组成自闭症的受试者群体,其中,每个受试者具有个体的相关数据,包括功能磁共振成像数据和其他表型数据;表型数据包括受试者自身的采集站点、年龄、性别基本信息。
3.根据权利要求2所述的基于序贯三支的置信图卷积神经网络的自闭症分类方法,其特征在于,所述步骤2中,应用拓扑图整合自闭症数据集的图像数据和非图像数据,应用拓扑图刻画自闭症受试者之间的内部相关性;从自闭症数据集的成像数据中提取节点特征,应用自闭症数据集中的表型数据构造节点之间的边,进而将自闭症数据集建模成拓扑图。
4.根据权利要求3所述的基于序贯三支的置信图卷积神经网络的自闭症分类方法,其特征在于,所述步骤4.1,对于节点,自闭症节点分为以下三种情况:(1)如果自闭症节点具有高置信度且标签为1,则节点的标签具有确定性,即为健康;
(2)如果自闭症节点具有高置信度且标签值为0,则节点的标签具有确定性,即为患者;
(3)如果自闭症节点具有低置信度,则节点的标签具有不确定性,无法判断受试者;
如果节点具有低置信度,则节点的标签具有不确定性,即不能判断受试者是否健康;无论节点的标签是1或者0,自闭症节点的分类结果都是不确定的。