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2D and 3D Deep Learning Models for MRI-based Parkinson's Disease Classification: A Comparative Analysis of Convolutional Kolmogorov-Arnold Networks, Convolutional Neural Networks, and Graph Convolutional Networks
Salil B Patel ,
Vicky Goh ,
James F FitzGerald ,
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2024年07月24日
这项研究比较了基于MRI的帕金森病(PD)分类的深度学习架构,介绍了第一个三维(3D)卷积科尔莫戈洛夫-阿诺德网络(ConvKANs)的实现,这是一种新的方法,将卷积层与自适应的样条基础激活结合起来。我们使用三个开源数据集评估了卷积神经网络(CNNs)、ConvKANs和图卷积网络(GCNs),共有142名参与者(75名患有PD和67名年龄相匹配的健康对照组)。对于2D分析,我们从每个T1加权扫描中提取了100个以中脑为中心的轴向切片。对于3D分析,我们使用了整个体积扫描。ConvKANs将可学习的B样条函数与卷积层集成在一起。GCNs将MRI数据表示为图形,理论上可以捕捉传统方法可能忽略的结构关系。展示了可解释性可视化,包括第一个ConvKAN样条激活图和图形节点嵌入的投影。ConvKANs在各个数据集和维度上表现出很高的性能,其中一个数据集的2D AUROC最高(0.98),并且与CNN峰值3D性能(1.00)相匹配。CNN模型表现良好,而GCN模型在3D分析中有所改善,达到了最高0.97的AUROC。与所有模型的2D对应物相比,3D实现产生了更高的AUROC值。ConvKAN实现在PD分类的MRI分析中表现出很大的潜力,特别是在早期诊断的情况下。3D分析的改进突显了体积数据在捕捉微妙的PD相关变化方面的价值。虽然MRI目前不用于PD诊断,但这些发现表明其作为多模式诊断方法的一部分的潜力,特别是用于早期检测。
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Quanv4EO: Empowering Earth Observation by means of Quanvolutional Neural Networks
Alessandro Sebastianelli ,
Francesco Mauro ,
Giulia Ciabatti ,
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2024年07月24日
每天由地球观测(EO)卫星和机载传感器在不同国家生成大量的遥感数据。这些数据被用于自然灾害监测、全球气候变化、城市规划等不同应用。在遥感应用中使用这些大数据带来了许多挑战。近年来,机器学习(ML)和深度学习(DL)算法的应用使得这些数据的使用更加高效,但是管理、处理和有效利用这些数据的问题也随之增加,因为传统计算机已经达到了极限。本文强调了在处理大量遥感数据方面,使用量子计算技术的显著转变。提出了Quanv4EO模型,该模型引入了quanvolution方法来预处理多维EO数据。首先,通过对MNIST和Fashion MNIST数据集的图像分类任务展示了其有效性,随后展示了其在遥感图像分类和滤波方面的能力。关键发现表明,所提出的模型不仅在图像分类方面保持了高精度,而且在EO应用方面相比传统方法还有约5%的改进。此外,该提出的框架具有较小的参数大小和无需训练量子核心的特点,使其能够更好地扩展处理海量数据集。这些进展突显了量子计算在解决遥感应用中传统算法的局限性方面的巨大潜力,为图像数据分类和分析提供了更加高效和有效的替代方案。
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