无监督的学习通常用于揭示数据中的群集。然而，不同类型的噪声可能会妨碍来自真实世界的时间序列数据的有用模式的发现。在这项工作中，我们专注于减轻疾病表型群体任务中的间隔审查的干扰。我们开发了一个深入的生成，连续时间模型，时间序列数据串联时间系列，同时纠正审查时间。我们提供了在无噪声模型下的数据中识别群集和延迟条目的条件。

从电子健康记录（EHR）数据中进行有效学习来预测临床结果，这通常是具有挑战性的，因为在不规则的时间段记录的特征和随访的损失以及竞争性事件（例如死亡或疾病进展）。为此，我们提出了一种生成的事实模型，即Survlatent Ode，该模型采用了基于基于微分方程的复发性神经网络（ODE-RNN）作为编码器，以有效地对不规则采样的输入数据进行潜在状态的动力学有效地参数化。然后，我们的模型利用所得的潜在嵌入来灵活地估计多个竞争事件的生存时间，而无需指定事件特定危害功能的形状。我们展示了我们在Mimic-III上的竞争性能，这是一种从重症监护病房收集的自由纵向数据集，预测医院死亡率以及DANA-FARBER癌症研究所（DFCI）的数据，以预测静脉血栓症（静脉血栓症（DFCI）（DFCI）（ VTE），是癌症患者的生命并发症，死亡作为竞争事件。幸存ODE优于分层VTE风险组的当前临床标准Khorana风险评分，同时提供临床上有意义且可解释的潜在表示。

疾病进展模型的一个特殊挑战是疾病的异质性及其在患者中的表现。现有方法通常假设存在单一疾病进展特征，这对于诸如帕金森氏病等神经退行性疾病不太可能。在本文中，我们提出了一个分层的时间序列模型，该模型可以发现多种疾病进展动力学。提出的模型是投入输出隐藏模型的扩展，该模型考虑了患者健康状况和处方药的临床评估。我们使用合成生成的数据集和用于帕金森氏病的现实世界纵向数据集说明了模型的好处。

纵向电子健康记录（EHR）数据的可用性增加导致改善对疾病的理解和新颖表型的发现。大多数聚类算法仅关注患者轨迹，但具有类似轨迹的患者可能具有不同的结果。寻找不同轨迹和结果的患者亚组可以引导未来的药物开发，改善临床试验的招募。我们使用可以加权的重建，结果和聚类损耗开发经常性神经网络自动拓群体以群集EHR数据，以查找不同类型的患者群集。我们展示我们的模型能够从数据偏差和结果差异中发现已知的集群，表现优于基线模型。我们展示了29,222,229美元糖尿病患者的模型性能，显示出发现患有不同轨迹和不同结果的患者的簇，可用于帮助临床决策。

近年来，深度学习（DL）方法的流行程度大大增加。尽管在图像数据的分类和操纵中证明了其最初的成功，但DL方法应用于生物医学科学中的问题的应用已显着增长。但是，生物医学数据集中缺失数据的较高流行率和复杂性对DL方法提出了重大挑战。在这里，我们在变化自动编码器（VAE）的背景下提供了对缺失数据的正式处理，这是一种普遍用于缩小尺寸，插补和学习复杂数据的潜在表示的流行无监督的DL体系结构。我们提出了一种新的VAE架构Nimiwae，这是第一个在训练时在输入功能中灵活解释可忽视和不可忽视的缺失模式之一。训练后，可以从缺失数据的后验分布中得出样本，可用于多个插补，从而促进高维不完整数据集的下游分析。我们通过统计模拟证明，我们的方法优于无监督的学习任务和插定精度的现有方法。我们以与12,000名ICU患者有关的EHR数据集的案例研究结束，该数据集具有大量诊断测量和临床结果，其中仅观察到许多特征。

纵向生物医学数据通常是稀疏时间网格和个体特定发展模式的特征。具体而言，在流行病学队列研究和临床登记处，我们面临的问题是在研究早期阶段中可以从数据中学到的问题，只有基线表征和一个后续测量。灵感来自最近的进步，允许将深度学习与动态建模相结合，我们调查这些方法是否可用于揭示复杂结构，特别是对于每个单独的两个观察时间点的极端小数据设置。然后，通过利用个体的相似性，可以使用不规则间距来获得有关个体动态的更多信息。我们简要概述了变形的自动化器（VAES）如何作为深度学习方法，可以与普通微分方程（ODES）相关联用于动态建模，然后具体研究这种方法的可行性，即提供个人特定的潜在轨迹的方法通过包括规律性假设和个人的相似性。我们还提供了对这种深度学习方法的描述作为过滤任务，以提供统计的视角。使用模拟数据，我们展示了方法可以在多大程度上从多大程度上恢复具有两个和四个未知参数的颂歌系统的单个轨迹，以及使用具有类似轨迹的个体群体，以及其崩溃的地方。结果表明，即使在极端的小数据设置中，这种动态深度学习方法也可能是有用的，但需要仔细调整。

Electronic Health Records (EHRs) are a valuable asset to facilitate clinical research and point of care applications; however, many challenges such as data privacy concerns impede its optimal utilization. Deep generative models, particularly, Generative Adversarial Networks (GANs) show great promise in generating synthetic EHR data by learning underlying data distributions while achieving excellent performance and addressing these challenges. This work aims to review the major developments in various applications of GANs for EHRs and provides an overview of the proposed methodologies. For this purpose, we combine perspectives from healthcare applications and machine learning techniques in terms of source datasets and the fidelity and privacy evaluation of the generated synthetic datasets. We also compile a list of the metrics and datasets used by the reviewed works, which can be utilized as benchmarks for future research in the field. We conclude by discussing challenges in GANs for EHRs development and proposing recommended practices. We hope that this work motivates novel research development directions in the intersection of healthcare and machine learning.

随着时间的流逝，估计反事实结果有可能通过协助决策者回答“假设”问题来解锁个性化医疗保健。现有的因果推理方法通常考虑观察和治疗决策之间的定期离散时间间隔，因此无法自然地模拟不规则采样的数据，这是实践中的共同环境。为了处理任意观察模式，我们将数据解释为基础连续时间过程中的样本，并建议使用受控微分方程的数学明确地对其潜在轨迹进行建模。这导致了一种新方法，即治疗效果神经控制的微分方程（TE-CDE），该方程可在任何时间点评估潜在的结果。此外，对抗性训练用于调整时间依赖性混杂，这在纵向环境中至关重要，这是常规时间序列中未遇到的额外挑战。为了评估解决此问题的解决方案，我们提出了一个基于肿瘤生长模型的可控仿真环境，以反映出各种临床方案的一系列场景。在所有模拟场景中，TE-CDE始终优于现有方法，并具有不规则采样。

在过去二十年中，识别具有不同纵向数据趋势的群体的方法已经成为跨越许多研究领域的兴趣。为了支持研究人员，我们总结了文献关于纵向聚类的指导。此外，我们提供了一种纵向聚类方法，包括基于基团的轨迹建模（GBTM），生长混合模拟（GMM）和纵向K平均值（KML）。该方法在基本级别引入，并列出了强度，限制和模型扩展。在最近数据收集的发展之后，将注意这些方法的适用性赋予密集的纵向数据（ILD）。我们展示了使用R.中可用的包在合成数据集上的应用程序的应用。

在样本量有限的域中，有效的学习算法至关重要。使用特权信息（LUPI）学习，通过允许预测模型在培训时间访问信息类型，从而提高了样本效率，而在使用模型时，这是不可用的。在最近的工作中，有证据表明，对于线性高斯动力学系统的预测，具有中间时间序列数据访问的卢比学习者永远不会比任何公正的经典学习者更糟糕，而且常常更好。我们为该分析提供了新的见解，并将其推广到潜在动力学系统中的非线性预测任务，从而将理论保证扩展到连接潜在变量和观察值的地图已知到线性变换的情况下。此外，我们提出了基于随机特征和表示该地图未知的情况的表示算法。一套经验结果证实了理论发现，并显示了在非线性预测中使用特权时间序列信息的潜力。

项目反应理论（IRT）是一个无处不在的模型，可以根据他们对问题的回答理解人类行为和态度。大型现代数据集为捕捉人类行为的更多细微差别提供了机会，从而有可能改善心理测量模型，从而改善科学理解和公共政策。但是，尽管较大的数据集允许采用更灵活的方法，但许多用于拟合IRT模型的当代算法也可能具有禁止现实世界应用的巨大计算需求。为了解决这种瓶颈，我们引入了IRT的变异贝叶斯推理算法，并表明它在不牺牲准确性的情况下快速可扩展。将此方法应用于认知科学和教育的五个大规模项目响应数据集中，比替代推理算法更高的对数可能性和更高的准确性。然后，使用这种新的推论方法，我们将IRT概括为具有表现力的贝叶斯响应模型，利用深度学习的最新进展来捕获具有神经网络的非线性项目特征曲线（ICC）。使用TIMSS的特定级数学测试，我们显示我们的非线性IRT模型可以捕获有趣的不对称ICC。该算法实现是开源的，易于使用。

在考虑混杂变量时估计干预措施的效果是因果推断的关键任务。通常，混杂因素没有观察到，但是我们可以访问大量的非结构化数据（图像，文本），这些数据包含有关缺失混杂因素的有价值的代理信号。本文表明，利用通常被现有算法未使用的非结构化数据提高了因果效应估计的准确性。具体而言，我们引入了深层多模式结构方程，这是一个生成模型，其中混杂因素是潜在变量，非结构化数据是代理变量。该模型支持多个多模式代理（图像，文本）以及缺少数据。我们从经验上证明了基因组学和医疗保健的任务，我们的方法纠正了使用非结构化输入混淆，从而有可能使用以前在因果推理中不使用的大量数据。

在机器学习的许多应用中，不可避免的值是不可避免的，并且在培训和测试时都提出了挑战。当反复出现的模式中缺少变量时，已经提出了单独的图案子模型作为解决方案。但是，独立模型并不能有效利用所有可用数据。相反，将共享模型拟合到完整数据集通常取决于插补，而当丢失度取决于未观察到的因素时，这可能是次优的。我们提出了一种替代方法，称为共享模式子模型，该方法做出了a）在测试时对缺失值的强大预测，b）维持或提高模式子模型的预测能力，c）有一个简短的描述，可改善可解释性。我们确定共享是最佳的情况，即使缺失本身具有预测性以及预测目标取决于未观察到的变量。关于合成数据和两个医疗保健数据集的分类和回归实验表明，我们的模型在模式专业化和信息共享之间实现了良好的权衡。

大型和深度电子医疗保健记录（EHR）数据集的可用性有可能更好地了解现实世界中的患者旅行，并鉴定出新的患者亚组。基于ML的EHR数据集合主要是工具驱动的，即基于可用或新开发的方法的构建。但是，这些方法，它们的输入要求以及最重要的是，通常难以解释产量，尤其是没有深入的数据科学或统计培训。这危害了需要进行可行且具有临床意义的解释的最后一步。这项研究研究了使用大型EHR数据集和多种聚类方法进行临床研究的方法进行大规模进行患者分层分析的方法。我们已经开发了几种工具来促进无监督的患者分层结果的临床评估和解释，即模式筛查，元聚类，替代建模和策展。这些工具可以在分析中的不同阶段使用。与标准分析方法相比，我们证明了凝结结果并优化分析时间的能力。在元聚类的情况下，我们证明了患者簇的数量可以从72减少到3。在另一个分层的结果中，通过使用替代模型，我们可以迅速确定如果有血液钠测量值可用，则可以对心力衰竭患者进行分层。由于这是对所有心力衰竭患者进行的常规测量，因此表明数据偏差。通过使用进一步的队列和特征策展，可以去除这些患者和其他无关的特征以提高临床意义。这些示例显示了拟议方法的有效性，我们希望鼓励在该领域的进一步研究。

我们为身体和生存期的个体老化轨迹建立了一个计算模型，其中包含物理，功能和生物变量，并在人口统计学，生活方式和医学背景信息上进行调节。我们将现代机器学习技术与可解释的交互网络相结合，其中健康变量通过随机动力系统内的显式配对交互来耦合。我们的动态联合可解释网络（DJIN）模型可扩展到大型纵向数据集，是从基线健康状态的个体高维氏体健康轨迹和生存的预测性，并且在卫生变量之间的可解释网络的可解释网络。该网络识别健康变量之间的合理生理连接以及强烈连接的健康变量的集群。我们使用对老化（ELSA）数据的英语纵向研究培训我们的模型，并表明它比多个专用线性模型更好地进行健康结果和生存。我们将模型与灵活的低维潜空间模型进行比较，探讨准确模拟老化健康结果所需的维度。我们的Djin模型可用于生成易于历史的合成人员，以赋予缺失数据，并模拟未来的老化结果给出任意初始健康状态。

Latent variable models such as the Variational Auto-Encoder (VAE) have become a go-to tool for analyzing biological data, especially in the field of single-cell genomics. One remaining challenge is the interpretability of latent variables as biological processes that define a cell's identity. Outside of biological applications, this problem is commonly referred to as learning disentangled representations. Although several disentanglement-promoting variants of the VAE were introduced, and applied to single-cell genomics data, this task has been shown to be infeasible from independent and identically distributed measurements, without additional structure. Instead, recent methods propose to leverage non-stationary data, as well as the sparse mechanism shift assumption in order to learn disentangled representations with a causal semantic. Here, we extend the application of these methodological advances to the analysis of single-cell genomics data with genetic or chemical perturbations. More precisely, we propose a deep generative model of single-cell gene expression data for which each perturbation is treated as a stochastic intervention targeting an unknown, but sparse, subset of latent variables. We benchmark these methods on simulated single-cell data to evaluate their performance at latent units recovery, causal target identification and out-of-domain generalization. Finally, we apply those approaches to two real-world large-scale gene perturbation data sets and find that models that exploit the sparse mechanism shift hypothesis surpass contemporary methods on a transfer learning task. We implement our new model and benchmarks using the scvi-tools library, and release it as open-source software at \url{https://github.com/Genentech/sVAE}.

数据质量是发展医疗保健中值得信赖的AI的关键因素。大量具有控制混杂因素的策划数据集可以帮助提高下游AI算法的准确性，鲁棒性和隐私性。但是，访问高质量的数据集受数据获取的技术难度的限制，并且严格的道德限制阻碍了医疗保健数据的大规模共享。数据合成算法生成具有与真实临床数据相似的分布的数据，可以作为解决可信度AI的发展过程中缺乏优质数据的潜在解决方案。然而，最新的数据合成算法，尤其是深度学习算法，更多地集中于成像数据，同时忽略了非成像医疗保健数据的综合，包括临床测量，医疗信号和波形以及电子保健记录（EHRS）（EHRS） 。因此，在本文中，我们将回顾合成算法，尤其是对于非成像医学数据，目的是在该领域提供可信赖的AI。本教程风格的审查论文将对包括算法，评估，局限性和未来研究方向在内的各个方面进行全面描述。

我们介绍了一个新型的多层加权网络模型，该模型除了本地信号外，还考虑了全局噪声。该模型类似于多层随机块模型（SBM），但关键区别在于，跨层之间的块之间的相互作用在整个系统中是常见的，我们称之为环境噪声。单个块还以这些固定的环境参数为特征，以表示不属于其他任何地方的成员。这种方法允许将块同时聚类和类型化到信号或噪声中，以便更好地理解其在整个系统中的作用，而现有块模型未考虑。我们采用了分层变异推断的新颖应用来共同检测和区分块类型。我们称此模型为多层加权网络称为随机块（具有）环境噪声模型（SBANM），并开发了相关的社区检测算法。我们将此方法应用于费城神经发育队列中的受试者，以发现与精神病有关的具有共同心理病理学的受试者社区。

在不完整的数据集中对样本进行分类是机器学习从业人员的普遍目的，但并非平凡。在大多数现实世界数据集中发现缺失的数据，这些缺失值通常是使用已建立的方法估算的，然后进行分类现在完成，估算的样本。然后，机器学习研究人员的重点是优化下游分类性能。在这项研究中，我们强调必须考虑插补的质量。我们展示了如何评估质量的常用措施有缺陷，并提出了一类新的差异评分，这些分数着重于该方法重新创建数据的整体分布的程度。总而言之，我们强调了使用不良数据训练的分类器模型的可解释性损害。

科学家经常使用观察时间序列数据来研究从气候变化到民间冲突再到大脑活动的复杂自然过程。但是对这些数据的回归分析通常假定简单的动态。深度学习的最新进展使从语音理解到核物理学再到竞争性游戏的复杂过程模型的表现实现了令人震惊的改进。但是深度学习通常不用于科学分析。在这里，我们通过证明可以使用深度学习，不仅可以模仿，而且可以分析复杂的过程，在保留可解释性的同时提供灵活的功能近似。我们的方法 - 连续时间反向逆转回归神经网络（CDRNN） - 放宽标准简化的假设（例如，线性，平稳性和同质性）对于许多自然系统来说是不可信的，并且可能会严重影响数据的解释。我们评估CDRNNS对人类语言处理，这是一个具有复杂连续动态的领域。我们证明了行为和神经影像数据中预测可能性的显着改善，我们表明CDRNN可以在探索性分析中灵活发现新型模式，在确认分析中对可能的混杂性提供强有力的控制，并打开否则就可以使用这些问题来进行研究，这些问题否则就可以使用这些问题来进行研究，而这些问题否则就可以使用这些问题进行研究，而这些问题否则就可以使用这些问题进行研究。观察数据。