인공지능과 데이터 저장/처리 기술의 발전은 다변수형 의료 데이터 분석에 큰 변화를 가져왔다. 해석 가능 인공지능(XAI)을 통해 인공지능이 중요한 변수들을 어떻게 해석하는지 이해할 수 ...

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서울 : 서울대학교 대학원, 2025
2025
영어
621.3
서울
x, 133 ; 26 cm
지도교수: 서종모
I804:11032-000000187337
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인공지능과 데이터 저장/처리 기술의 발전은 다변수형 의료 데이터 분석에 큰 변화를 가져왔다. 해석 가능 인공지능(XAI)을 통해 인공지능이 중요한 변수들을 어떻게 해석하는지 이해할 수 있게 됨에 따라 기존에 통계학 중심으로 이루어지던 다변수형 의료 데이터 분석은 인공지능 분야로도 확장되기 시작했다. 그러나 의료 데이터는 흔히 데이터 수가 부족하고 정보의 차원이 커 과적합 문제에 취약하며, 통계학만큼의 검증과 신뢰도를 아직 의료 분야에서 얻지 못한 상황이다. 이러한 문제를 개선하기 위해 본 연구에서는 인공지능 모델의 전후에 적용할 수 있는 전처리 및 사후 처리 기법을 제안했다. 전처리로는 중요하지 않은 정보를 사전에 제거하는 알고리즘을 제안하였다. Bray-Curtis 유사성 기반의 매핑 변환을 통해 불필요한 변수를 안정적으로 제거하였으며 (Ch 2.2) SHAP 기반 이진화 기법을 통해 이진적인 특성을 가진 연속형 변수를 각 변수의 특성에 맞게 이진화하여 정보량을 직관적으로 압축하였다(Ch 2.3). 사후처리로는 인공지능 해석의 타당성을 검증하는 연구를 제안하였다. SHAP 값의 분포를 통계적으로 분석하고 유의미한 결과만을 압축하는 파이썬 패키지를 개발하였으며 (Ch 3.2) 모델 성능과 해석 타당성의 관계를 분석하여 실제로는 성능 이외의 요인이 타당성에 영향을 미침을 입증하였다(Ch 3.3). 본 연구는 ML 기반 해석의 안정성과 타당성 연구와 관련하여 새로운 관점들을 제시하였다.
다국어 초록 (Multilingual Abstract)
The advancements in artificial intelligence and data storage/processing technologies have brought significant changes to multivariate medical data analysis. With feature importance analysis, it is now possible to understand how machine learning interp...
The advancements in artificial intelligence and data storage/processing technologies have brought significant changes to multivariate medical data analysis. With feature importance analysis, it is now possible to understand how machine learning interprets key variables, leading to the expansion of multivariate medical data analysis from a traditionally statistics-centered field into the realm of machine learning. However, due to the limited sample size and high dimensionality of most medical data, AI models are often prone to overfitting and have not yet achieved the level of validation and reliability that statistics-based methods have in the medical field. To address these issues, this study proposed pre-processing and post-processing techniques applicable to AI models. For pre-processing, an algorithm was introduced to remove non-essential information in advance. Using a Bray-Curtis similarity-based mapping transformation, we reliably eliminated unnecessary variables (Ch 2.2), and with a SHAP-based binarization technique, we binarized continuous variables with binary characteristics according to each variable’s nature, allowing for intuitive data compression (Ch 2.3). For post-processing, we proposed a method to validate AI interpretations. We developed a Python package to statistically analyze SHAP value distributions and filter only significant results (Ch 3.2). Additionally, we examined the relationship between model performance and interpretability validity, demonstrating that factors beyond performance influence interpretability (Ch 3.3). Research to enhance the stability and validity of machine learning-based interpretations should continue, and this study offers new perspectives and directions in this field.
목차 (Table of Contents)