## 基于深度学习的ECG分类(七)——总结回顾

心电数据不平衡的程度太大了,某些少数类别是正常心跳的几十分之一,用普通的卷积网络做出来效果不是特别好。但是如果通过过采样的方法,数据量极少的类别80%都是生成的,最后结果不太能推广到真实场景。

我的想法是不用过采样的方法,先让数据通过一个自编码器,利用自编码器提取原始数据的特征作为后面的输入,然后用bagging或者boosting的方法训练多个机器学习分类器。这样相当于用上了所有的数据,而且很大程度上减小了数据不平衡的程度。

> 老师的建议:
>
> - 模型表现不好不一定是数据不平衡导致的,还有可能是训练集和测试集的样本分布不均衡。可以采用分层抽样的方法,使得训练集和测试集的样本有相同的分布。
> - 找更多的数据集,把原来数据集中少数类的样本直接删掉,加入新数据集的样本。
> - 按照自己的想法做。boosting和bagging是提升模型性能的通用方法,但是需要一些技巧;而且一个好的自编码器构建起来也比较麻烦。可以放在后期项目完善阶段再深入研究。

**下面就介绍将不同的数据集合并,进而重新训练:**

查找PhysioNet中的心电数据集,最终选择了较为知名的MIT-BIH Arrhythmia Database,Europen ST-T Database,MIT-BIH ST Database,Sudden Cardiac Death Holter Database进行合并。各数据库的信息可以在PhysioNet官网查到,其中不同数据库的采样频率不同,使用的导联方式不同,数据标签不同,在合并时我采用了如下方式:

- 采样频率:通过傅里叶变换的方法将250Hz的数据变成360Hz,使用了python scipy科学计算包中的signal.resample函数。

```python
re_signal = scipy.signal.resample(signal, 3600)
```

因为原始数据是360Hz,切分成10s,因此一段有3600个数据。signal.resample函数把250Hz的数据利用傅里叶方法变成了360Hz。

- 导联方式:此处一直纠结该如何从众多不同的导联方式中选择合适的导联,后来联系了一篇论文的作者,他的解释很简单,但是也很合理:不同的导联是从身体的不同部位测得的电势,会有粗粒度上的一些不同,就像图像数据中的一些边缘特征,可以在卷积神经网络的前几层提取出来,因此不需要手动选择导联。(但是机器学习不同,机器学习只能学习已经提取出的特征与输出之间的联系,不能自动提取特征,因此需要谨慎选择导联方式)

- 数据标签:因为我们合并数据集的目的之一就是平衡数据集,因此自然需要从中选择数量最多的标签。最终综合考虑各个数据库中的标签,我们选择了如下标签作为最终的训练标签。

  ```python
  AAMI=['N','L','R','V','A','|','B']
  ```

最终得到数据的情况如下:

| \|   | N                    | s    | V    | B    | L    | R    | A    |
| ---- | -------------------- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 4846 | 85085(其他)+75052(MIT) | 1418 | 8817 | 5140 | 8075 | 7259 | 2546 |

对于数据的注释文件,需要注意的一点是某些数据库中的数据声明了心拍注释标签已经经过人工注释和人工检验——这是数据库很好的一个特征,表明我们是可以相信这些心拍注释标签的准确性的。因此,在如何给处理好的数据片段打标签的问题上,我们优先选择了经过人工注释和核验过的标签。由于心拍注释标签的注释间隔不同,我们想要为每一个处理好的10s的数据片段标记一个AAMI中的标签,因此我们制定了下面的标准:

+ 当注释标签全为N(正常)时,标记为N;
+ 当出现异常心拍注释时,统计这些类型的数量,并选择数量最多的那一类异常心拍作为标签。

另外,有两类数据需要剔除:

+ 某些数据库中的注释文件不完整,这就意味着有些数据只有数据片段而没有相对应的心拍注释标签,可以称之为“无效数据”。在打标签时需要将这些数据剔除掉;
+ 某些数据片段没有数据,而用“nan”来表示。这在现实中是存在的,因为受试者在佩戴心电检测仪的过程中可能出现测试设备滑落等意外情况,因此在数据合并时需要将这类数据剔除。

以一定的形式将合并好的数据集存储进入mongodb,这样做的目的是将清洗干净的数据以规范易懂的格式进行存储,方便以后对数据库的调用;将我们处理好的数据库进行共享,也可以让其他研究者更容易的了解和使用我们的数据。

综合来讲,在进行数据库的合并时,我们需要先明确每一个数据库里的数据包含什么内容,特别是数据库的介绍和摘要,往往包含比较重要的信息和需要注意的点;数据库的合并类似于”找不同“,需要寻找各个数据库的不同点,然后想办法将不同的地方进行统一,并且需要尽量少的避免出现数据丢失的情况。当然,在数据库的合并过程中一定要做到耐心细心,可能一开始会因为没有充分了解数据库而出现一些问题,这其实是很正常的情况。