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딥러닝 기반의 다층 퍼셉트론을 이용한 심장병 예측 연구

A Study of Heart Disease Prediction Using Multilayer Perceptron based on Deep Learning

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주제분류학제간연구

초록

머신러닝의 고도화 기술인 딥러닝은 현재 다양한 산업 분야에 적용되고 있으며 예측이 요구되는 금융, 전자상거래, 사물 인터넷 분야에 활발하게 적용 개발되고 있다. 특히, 본 연구에서는 의료 분야 중에 심장병 예측에 적용하여 조기에 심장병을 발견할 수 있게 하거나, 비심장병 환자의 혈관조영술과 같은 고가의 진료 비용을 절감할 수 있는 장점을 제공할 것이다. 딥러닝 학습을 위해 다층 퍼셉트론 머신러닝 기술을 적용하고자 하며 2개의 은닉층과 10개의 퍼셉트론을 구성하여 학습의 정확도를 높일 수 있도록 한다. 학습 시 오차 역전파를 이용하여 출력층에서 은닉층으로 역전하여 오차를 줄 일 있도록 한다. 렐루나 시그모이드 함수를 이용하여 오차를 줄이며 생성된 예측 모델은 아담 최적화 함수를 통해 모델을 최적화한다. 사례연구에서 심장병 데이타는 캘리포니아 대학교 어바인의 머신러닝 & 인공지능 시스템 센터에서 제공하는 심장병 진료 및 심장병 유무 데이터를 활용하여 학습한다. 딥러닝 학습 모듈은 파이썬 기반의 텐서플로를 이용하여 개발하며 학습 후 심장병 데이터로 부터 무작위로 추출한 데이터 샘플을 이용하여 검증한다.

Abstract

Deep Learning, an advanced technology for machine learning, is currently being applied to various industrial fields and is being actively applied and developed in the fields of finance, e-commerce, and Internet of Thing, which require prediction. In particular, this study will be applied to the prediction of heart disease in the medical field, and it will provide the advantage of early detection of heart disease or saving medical treatment cost such as angiography for non-heart disease patient. To apply the Multilayer Perceptron machine learning technique for Deep Learning, 2 Hidden Layers and 10 Perceptons can be constructed to improve learning accuracy. By using Back Propagation during learning, it is reversed from the Output Layer to the Hidden Layer so as to reduce the error. The error is reduced by using ReLU or Sigmoid function, and the generated prediction model optimizes the model through the Adam optimization function. In a case study, heart disease data is learned using heart disease diagnosis and presence or absence of heart disease provided by the Machine Learning & Artificial Intelligence System Center at the University of California, Irvine. The Deep Learning module is developed using a Python-based TensorFlow and validated using randomly extracted data samples from heart disease data after learning.

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