癌症是一种复杂的疾病，具有重大的社会和经济影响。高通量分子测定的进步以及进行高质量多摩斯测量的成本降低，通过机器学习促进了见解。先前的研究表明，使用多个OMIC预测生存和分层癌症患者的希望。在本文中，我们开发了一种有监督的自动编码器（SAE）模型，用于基于生存的多摩变集成，该模型在以前的工作中改进，并报告一种具体的监督自动编码器模型（CSAE），该模型（CSAE）也使用功能选择来共同重建输入功能。作为预测生存。我们的实验表明，我们的模型表现优于或与一些最常用的基线相提并论，同时提供更好的生存分离（SAE）或更容易解释（CSAE）。我们还对我们的模型进行了特征选择稳定性分析，并注意到与通常与生存有关的特征存在幂律关系。该项目的代码可在以下网址获得：https：//github.com/phcavelar/coxae

癌症存活预测对于开发个性化治疗和诱导疾病的机制很重要。多词数据的数据整合吸引了人们对癌症研究的广泛兴趣，以提供了解多个遗传水平的癌症进展的信息。然而，由于多派数据的高维和异质性，许多作品受到限制。在本文中，我们提出了一种新的方法，以整合癌症生存预测的多摩学数据，称为堆叠自动编码器的生存预测神经网络（SAESURV-NET）。在TCGA病例的癌症存活预测中，SaesURV-NET通过两阶段的降低策略来解决维数的诅咒，并使用堆叠的自动编码器模型处理多摩斯的异质性。两阶段的降低策略在计算复杂性和信息开发之间取得了平衡。堆叠的自动编码器模型删除了大多数异质性，例如第一组自动编码器中的数据类型和大小，并将多个OMICS数据集成在第二个自动编码器中。该实验表明，SAESURV-NET优于基于单一类型数据以及其他最先进方法的模型。

高通量测序技术的最新进展使得可以提取多个特征，这些特征描绘了以不同和互补分子水平的患者样本。此类数据的产生导致了计算生物学方面的新挑战，这些挑战涉及捕获多个基因及其功能之间相互关系的高维和异质数据集的整合。由于它们的多功能性和学习复杂数据的合成潜在表示的能力，深度学习方法为整合多词数据提供了有希望的观点。这些方法导致了许多主要基于自动编码器模型的许多原始体系结构的概念。但是，由于任务的困难，集成策略是基本的，而不是失去全球趋势而充分利用来源的特殊性。本文提出了一种新型策略，以构建可自定义的自动编码器模型，该模型适应高维多源集成而言使用的数据集。我们将评估整合策略对潜在代表的影响，并结合提出一种新方法的最佳策略（https://github.com/hakimbenkirane/customics）。我们在这里关注来自多个OMIC来源的数据的集成，并证明了针对多个任务（例如分类和生存分析）的测试用例的拟议方法的性能。

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。

在本文中，我们提供了针对深度学习（DL）模型的结构化文献分析，该模型用于支持癌症生物学的推论，并特别强调了多词分析。这项工作着重于现有模型如何通过先验知识，生物学合理性和解释性，生物医学领域的基本特性来解决更好的对话。我们讨论了DL模型的最新进化拱门沿整合先前的生物关系和网络知识的方向，以支持更好的概括（例如途径或蛋白质 - 蛋白质相互作用网络）和解释性。这代表了向模型的基本功能转变，该模型可以整合机械和统计推断方面。我们讨论了在此类模型中整合域先验知识的代表性方法。该论文还为解释性和解释性的当代方法提供了关键的看法。该分析指向编码先验知识和改善解释性之间的融合方向。

There exists unexplained diverse variation within the predefined colon cancer stages using only features either from genomics or histopathological whole slide images as prognostic factors. Unraveling this variation will bring about improved in staging and treatment outcome, hence motivated by the advancement of Deep Neural Network libraries and different structures and factors within some genomic dataset, we aggregate atypical patterns in histopathological images with diverse carcinogenic expression from mRNA, miRNA and DNA Methylation as an integrative input source into an ensemble deep neural network for colon cancer stages classification and samples stratification into low or high risk survival groups. The results of our Ensemble Deep Convolutional Neural Network model show an improved performance in stages classification on the integrated dataset. The fused input features return Area under curve Receiver Operating Characteristic curve (AUC ROC) of 0.95 compared with AUC ROC of 0.71 and 0.68 obtained when only genomics and images features are used for the stage's classification, respectively. Also, the extracted features were used to split the patients into low or high risk survival groups. Among the 2548 fused features, 1695 features showed a statistically significant survival probability differences between the two risk groups defined by the extracted features.

International initiatives such as METABRIC (Molecular Taxonomy of Breast Cancer International Consortium) have collected several multigenomic and clinical data sets to identify the undergoing molecular processes taking place throughout the evolution of various cancers. Numerous Machine Learning and statistical models have been designed and trained to analyze these types of data independently, however, the integration of such differently shaped and sourced information streams has not been extensively studied. To better integrate these data sets and generate meaningful representations that can ultimately be leveraged for cancer detection tasks could lead to giving well-suited treatments to patients. Hence, we propose a novel learning pipeline comprising three steps - the integration of cancer data modalities as graphs, followed by the application of Graph Neural Networks in an unsupervised setting to generate lower-dimensional embeddings from the combined data, and finally feeding the new representations on a cancer sub-type classification model for evaluation. The graph construction algorithms are described in-depth as METABRIC does not store relationships between the patient modalities, with a discussion of their influence over the quality of the generated embeddings. We also present the models used to generate the lower-latent space representations: Graph Neural Networks, Variational Graph Autoencoders and Deep Graph Infomax. In parallel, the pipeline is tested on a synthetic dataset to demonstrate that the characteristics of the underlying data, such as homophily levels, greatly influence the performance of the pipeline, which ranges between 51\% to 98\% accuracy on artificial data, and 13\% and 80\% on METABRIC. This project has the potential to improve cancer data understanding and encourages the transition of regular data sets to graph-shaped data.

组织病理学图像提供了癌症诊断的明确来源，其中包含病理学家用来识别和分类恶性疾病的信息，并指导治疗选择。这些图像包含大量信息，其中大部分目前不可用人类的解释。有监督的深度学习方法对于分类任务非常有力，但它们本质上受注释的成本和质量限制。因此，我们开发了组织形态表型学习，这是一种无监督的方法，它不需要注释，并且通过小图像瓷砖中的歧视性图像特征的自我发现进行操作。瓷砖分为形态上相似的簇，这些簇似乎代表了自然选择下出现的肿瘤生长的复发模式。这些簇具有不同的特征，可以使用正交方法识别。应用于肺癌组织，我们表明它们与患者的结局紧密保持一致，组织病理学识别的肿瘤类型和生长模式以及免疫表型的转录组度量。

已经开发了几种深度学习算法，以使用整个幻灯片图像（WSIS）预测癌症患者的存活。但是，WSI中与患者的生存和疾病进展有关的WSI中的图像表型对临床医生而言都是困难的，以及深度学习算法。用于生存预测的大多数基于深度学习的多个实例学习（MIL）算法使用顶级实例（例如Maxpooling）或顶级/底部实例（例如，Mesonet）来识别图像表型。在这项研究中，我们假设WSI中斑块得分分布的全面信息可以更好地预测癌症的生存。我们开发了一种基于分布的多构度生存学习算法（DeepDismisl）来验证这一假设。我们使用两个大型国际大型癌症WSIS数据集设计和执行实验-MCO CRC和TCGA Coad -Read。我们的结果表明，有关WSI贴片分数的分布的信息越多，预测性能越好。包括每个选定分配位置（例如百分位数）周围的多个邻域实例可以进一步改善预测。与最近发表的最新算法相比，DeepDismisl具有优越的预测能力。此外，我们的算法是可以解释的，可以帮助理解癌症形态表型与癌症生存风险之间的关系。

对于大型小分子的大型库，在考虑一系列疾病模型，测定条件和剂量范围时，详尽的组合化学筛选变得不可行。深度学习模型已实现了硅的最终技术，以预测协同得分。但是，药物组合的数据库对协同剂有偏见，这些结果不一定会概括分布不足。我们采用了使用深度学习模型的顺序模型优化搜索来快速发现与癌细胞系相比的协同药物组合，而与详尽的评估相比，筛查要少得多。在仅3轮ML引导的体外实验（包括校准圆圈）之后，我们发现，对高度协同组合进行了查询的一组药物对。进行了另外两轮ML引导实验，以确保趋势的可重复性。值得注意的是，我们重新发现药物组合后来证实将在临床试验中研究。此外，我们发现仅使用结构信息生成的药物嵌入开始反映作用机理。

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。

我们描述了作为黑暗机器倡议和LES Houches 2019年物理学研讨会进行的数据挑战的结果。挑战的目标是使用无监督机器学习算法检测LHC新物理学的信号。首先，我们提出了如何实现异常分数以在LHC搜索中定义独立于模型的信号区域。我们定义并描述了一个大型基准数据集，由> 10亿美元的Muton-Proton碰撞，其中包含> 10亿美元的模拟LHC事件组成。然后，我们在数据挑战的背景下审查了各种异常检测和密度估计算法，我们在一组现实分析环境中测量了它们的性能。我们绘制了一些有用的结论，可以帮助开发无监督的新物理搜索在LHC的第三次运行期间，并为我们的基准数据集提供用于HTTPS://www.phenomldata.org的未来研究。重现分析的代码在https://github.com/bostdiek/darkmachines-unsupervisedChallenge提供。

近年来，人们看到了新型神经网络体系结构的激增，用于整合多摩智数据以进行预测。大多数体系结构包括单独编码器或编码器和解码器，即各种自动编码器，以将多摩s数据转换为潜在表示。一个重要的参数是集成的深度：计算或合并潜在表示的点，可以是早期，中间或晚期。关于集成方法的文献正在稳步增长，但是，在公平的实验条件下这些方法的相对性能以及正在考虑不同用例的相对性能，几乎一无所知。我们开发了一个比较框架，该框架在均等条件下训练和优化了多摩斯集成方法。我们结合了早期整合，最近出版了四种深度学习方法：Moli，Super.felt，Omiembed和Moma。此外，我们设计了一种新颖的方法，即OMICS堆叠，结合了中间和晚期整合的优势。实验是在具有多个OMIC数据（体细胞突变，体拷贝数谱和基因表达谱）的公共药物反应数据集上进行的，该数据是从细胞系，患者衍生的异种移植物和患者样本中获得的。我们的实验证实，早期整合的预测性能最低。总体而言，整合三胞胎损失的体系结构取得了最佳的结果。总体而言，统计差异很少可以观察到方法的平均等级，而Super.FELT在交叉验证设置中始终保持最佳状态，并且在外部测试集设置中最好地堆叠OMICS。所有实验的源代码均可在\ url {https://github.com/kramerlab/multi-omics_analysis下获得。

包括机器学习在内的计算分析方法对基因组学和医学领域具有重大影响。高通量基因表达分析方法，例如微阵列技术和RNA测序产生大量数据。传统上，统计方法用于基因表达数据的比较分析。但是，针对样品观察分类或发现特征基因的分类的更复杂的分析需要复杂的计算方法。在这篇综述中，我们编译了用于分析表达微阵列数据的各种统计和计算工具。即使在表达微阵列的背景下讨论了这些方法，也可以将它们应用于RNA测序和定量蛋白质组学数据集的分析。我们讨论缺失价值的类型以及其插补中通常采用的方法和方法。我们还讨论了数据归一化，特征选择和特征提取的方法。最后，详细描述了分类和类发现方法及其评估参数。我们认为，这项详细的审查将帮助用户根据预期结果选择适当的方法来预处理和分析其数据。

由于更高的维度和困难的班级，机器学习应用中的可用数据变得越来越复杂。根据类重叠，可分离或边界形状，以及组形态，存在各种各样的方法来测量标记数据的复杂性。许多技术可以转换数据才能找到更好的功能，但很少专注于具体降低数据复杂性。大多数数据转换方法主要是治疗维度方面，撇开类标签中的可用信息，当类别在某种方式复杂时，可以有用。本文提出了一种基于AutoEncoder的复杂性减少方法，使用类标签来告知损耗函数关于所生成的变量的充分性。这导致了三个不同的新功能学习者，得分手，斯卡尔和切片机。它们基于Fisher的判别比率，Kullback-Leibler发散和最小二乘支持向量机。它们可以作为二进制分类问题应用作为预处理阶段。跨越27个数据集和一系列复杂性和分类指标的彻底实验表明，课堂上通知的AutoEncoders执行优于4个其他流行的无监督功能提取技术，特别是当最终目标使用数据进行分类任务时。

专门的基于变形金刚的模型（例如生物Biobert和Biomegatron）适用于基于公共可用的生物医学语料库的生物医学领域。因此，它们有可能编码大规模的生物学知识。我们研究了这些模型中生物学知识的编码和表示，及其支持癌症精度医学推断的潜在实用性 - 即，对基因组改变的临床意义的解释。我们比较不同变压器基线的性能；我们使用探测来确定针对不同实体的编码的一致性；我们使用聚类方法来比较和对比基因，变异，药物和疾病的嵌入的内部特性。我们表明，这些模型确实确实编码了生物学知识，尽管其中一些模型在针对特定任务的微调中丢失了。最后，我们分析了模型在数据集中的偏见和失衡方面的行为。

无论是在功能选择的领域还是可解释的AI领域，都有基于其重要性的“排名”功能的愿望。然后可以将这种功能重要的排名用于：（1）减少数据集大小或（2）解释机器学习模型。但是，在文献中，这种特征排名没有以系统的，一致的方式评估。许多论文都有不同的方式来争论哪些具有重要性排名最佳的特征。本文通过提出一种新的评估方法来填补这一空白。通过使用合成数据集，可以事先知道特征重要性得分，从而可以进行更系统的评估。为了促进使用新方法的大规模实验，在Python建造了一个名为FSEVAL的基准测定框架。该框架允许并行运行实验，并在HPC系统上的计算机上分布。通过与名为“权重和偏见”的在线平台集成，可以在实时仪表板上进行交互探索图表。该软件作为开源软件发布，并在PYPI平台上以包裹发行。该研究结束时，探索了一个这样的大规模实验，以在许多方面找到参与算法的优势和劣势。

随着越来越多的大型癌症基因组学数据集，机器学习方法在揭示了对癌症发展的新洞察力方面发挥了重要作用。现有方法表明识别癌症存活预测的基因的令人鼓舞的性能，但仍然有限于建模对基因的分布。这里，我们提出了一种新的方法，可以在任何给定的时间点模拟基因表达分布，包括超出观察时间点的范围的那些。为了模拟每位患者的不规则时间序列，其中每位患者是一个观察，我们将具有COX回归的神经常用差分方程（神经颂歌）集成到我们的框架中。我们在TCGA上的八种癌症类型中评估了我们的方法，并观察到了对现有方法的大量改进。我们的可视化结果和进一步的分析表明我们的方法如何用于模拟早期癌症阶段的表达，提供早期癌症鉴定的可能性。

本文提出了第二版的头部和颈部肿瘤（Hecktor）挑战的概述，作为第24届医学图像计算和计算机辅助干预（Miccai）2021的卫星活动。挑战由三个任务组成与患有头颈癌（H＆N）的患者的PET / CT图像的自动分析有关，专注于oropharynx地区。任务1是FDG-PET / CT图像中H＆N主肿瘤肿瘤体积（GTVT）的自动分割。任务2是来自同一FDG-PET / CT的进展自由生存（PFS）的自动预测。最后，任务3与任务2的任务2与参与者提供的地面真理GTVT注释相同。这些数据从六个中心收集，总共325个图像，分为224个培训和101个测试用例。通过103个注册团队和448个结果提交的重要参与，突出了对挑战的兴趣。在第一任务中获得0.7591的骰子相似度系数（DSC），分别在任务2和3中的0.7196和0.6978的一致性指数（C-Index）。在所有任务中，发现这种方法的简单性是确保泛化性能的关键。 PFS预测性能在任务2和3中的比较表明，提供GTVT轮廓对于实现最佳结果，这表明可以使用完全自动方法。这可能避免了对GTVT轮廓的需求，用于可重复和大规模的辐射瘤研究的开头途径，包括千元潜在的受试者。

Real-time individual endpoint prediction has always been a challenging task but of great clinic utility for both patients and healthcare providers. With 6,879 chronic kidney disease stage 4 (CKD4) patients as a use case, we explored the feasibility and performance of gated recurrent units with decay that models Weibull probability density function (GRU-D-Weibull) as a semi-parametric longitudinal model for real-time individual endpoint prediction. GRU-D-Weibull has a maximum C-index of 0.77 at 4.3 years of follow-up, compared to 0.68 achieved by competing models. The L1-loss of GRU-D-Weibull is ~66% of XGB(AFT), ~60% of MTLR, and ~30% of AFT model at CKD4 index date. The average absolute L1-loss of GRU-D-Weibull is around one year, with a minimum of 40% Parkes serious error after index date. GRU-D-Weibull is not calibrated and significantly underestimates true survival probability. Feature importance tests indicate blood pressure becomes increasingly important during follow-up, while eGFR and blood albumin are less important. Most continuous features have non-linear/parabola impact on predicted survival time, and the results are generally consistent with existing knowledge. GRU-D-Weibull as a semi-parametric temporal model shows advantages in built-in parameterization of missing, native support for asynchronously arrived measurement, capability of output both probability and point estimates at arbitrary time point for arbitrary prediction horizon, improved discrimination and point estimate accuracy after incorporating newly arrived data. Further research on its performance with more comprehensive input features, in-process or post-process calibration are warranted to benefit CKD4 or alike terminally-ill patients.