CapsNet-LDA: predicting lncRNA-disease associations using attention mechanism and capsule network based on multi-view data

计算机科学 卷积神经网络 稳健性(进化) 人工智能 模式识别(心理学) 自编码 联营 水准点(测量) 机器学习 人工神经网络 大地测量学 生物化学 基因 化学 地理
作者
Zequn Zhang,Junlin Xu,Yikang Wu,Niannian Liu,Yinglong Wang,Ying Liang
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:24 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1093/bib/bbac531
摘要

Cumulative studies have shown that many long non-coding RNAs (lncRNAs) are crucial in a number of diseases. Predicting potential lncRNA-disease associations (LDAs) can facilitate disease prevention, diagnosis and treatment. Therefore, it is vital to develop practical computational methods for LDA prediction. In this study, we propose a novel predictor named capsule network (CapsNet)-LDA for LDA prediction. CapsNet-LDA first uses a stacked autoencoder for acquiring the informative low-dimensional representations of the lncRNA-disease pairs under multiple views, then the attention mechanism is leveraged to implement an adaptive allocation of importance weights to them, and they are subsequently processed using a CapsNet-based architecture for predicting LDAs. Different from the conventional convolutional neural networks (CNNs) that have some restrictions with the usage of scalar neurons and pooling operations. the CapsNets use vector neurons instead of scalar neurons that have better robustness for the complex combination of features and they use dynamic routing processes for updating parameters. CapsNet-LDA is superior to other five state-of-the-art models on four benchmark datasets, four perturbed datasets and an independent test set in the comparison experiments, demonstrating that CapsNet-LDA has excellent performance and robustness against perturbation, as well as good generalization ability. The ablation studies verify the effectiveness of some modules of CapsNet-LDA. Moreover, the ability of multi-view data to improve performance is proven. Case studies further indicate that CapsNet-LDA can accurately predict novel LDAs for specific diseases.
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