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Clasificación de comportamientos de movimiento de 24 horas a partir de datos de acelerómetros de muñeca: desde funciones artesanales hasta técnicas de aprendizaje profundo

Created by
  • Haebom

Autor

Alireza Sameh, Mehrdad Rostami, Mourad Oussalah, Vahid Farrahi

Describir

Este documento compara el rendimiento de algoritmos de aprendizaje profundo (DL) y aprendizaje automático clásico (ML) para clasificar el comportamiento de movimiento de 24 horas en sueño, actividad sedentaria, actividad física de baja intensidad (LPA) y actividad física de moderada a vigorosa (MVPA). Usamos datos disponibles públicamente de 151 adultos que usaban acelerómetros de muñeca (Axivity-AX3). Los participantes se dividieron aleatoriamente en conjuntos de entrenamiento, validación y prueba. Las señales de aceleración brutas se segmentaron en intervalos de 10 segundos no superpuestos y se extrajo un total de 104 características artesanales. Cuatro algoritmos de DL (LSTM, BiLSTM, GRU y 1D-CNN) se entrenaron utilizando las señales de aceleración brutas y las características artesanales extraídas. Además, los algoritmos de ML clásicos, incluyendo Random Forest, Support Vector Machine (SVM), XGBoost, Logistic Regression, ANN y Decision Tree, se entrenaron utilizando las características artesanales. Como resultado, LSTM, BiLSTM y GRU, entrenados con señales de aceleración sin procesar, alcanzaron una precisión de aproximadamente el 85%, y 1D-CNN, una precisión de aproximadamente el 80%. La precisión de los algoritmos de aprendizaje automático (AA) y aprendizaje automático clásico (AA) entrenados con características personalizadas osciló entre el 70% y el 81%. Se observó mayor confusión en la clasificación de la AFMV y la AFLP en comparación con el sueño y la actividad sedentaria. En conclusión, los métodos de AA que utilizan señales de aceleración sin procesar tuvieron un rendimiento ligeramente superior al de AA y aprendizaje automático clásico entrenados con características personalizadas en la predicción de la intensidad de la actividad de movimiento durante 24 horas.

Takeaways, Limitations

Takeaways: Demostramos que los modelos de aprendizaje profundo que utilizan datos brutos del acelerómetro son eficaces para la clasificación de la actividad de movimiento durante 24 horas. En particular, los modelos LSTM, BiLSTM y GRU obtuvieron buenos resultados.
Takeaways: Presentó la utilidad de los modelos de aprendizaje profundo que utilizan directamente datos sin procesar sin extracción manual de características.
Limitations: La precisión de la clasificación de la AFMV y la AFLP fue menor que la del sueño y la actividad sedentaria. La dificultad para distinguir entre ambas actividades sigue siendo un reto para futuras investigaciones.
Limitations: El conjunto de datos es relativamente pequeño (151 personas), por lo que se necesita más investigación sobre generalización.
Limitations: Debido a que estos resultados se obtuvieron utilizando solo un tipo específico de acelerómetro (Axivity-AX3), la generalización a datos de otros dispositivos es limitada.
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