Global forensic geolocation with deep neural networks

地理定位 计算机科学 人工神经网络 数据挖掘 样品(材料) 数据科学 人工智能 色谱法 万维网 化学
作者
Neal S. Grantham,Brian J. Reich,Eric B. Laber,Krishna Pacifici,Robert R. Dunn,Noah Fierer,Matthew J. Gebert,Julia S. Allwood,Seth A. Faith
出处
期刊:Cornell University - arXiv
摘要

An important problem in forensic analyses is identifying the provenance of materials at a crime scene, such as biological material on a piece of clothing. This procedure, known as geolocation, is conventionally guided by expert knowledge of the biological evidence and therefore tends to be application-specific, labor-intensive, and subjective. Purely data-driven methods have yet to be fully realized due in part to the lack of a sufficiently rich data source. However, high-throughput sequencing technologies are able to identify tens of thousands of microbial taxa using DNA recovered from a single swab collected from nearly any object or surface. We present a new algorithm for geolocation that aggregates over an ensemble of deep neural network classifiers trained on randomly-generated Voronoi partitions of a spatial domain. We apply the algorithm to fungi present in each of 1300 dust samples collected across the continental United States and then to a global dataset of dust samples from 28 countries. Our algorithm makes remarkably good point predictions with more than half of the geolocation errors under 100 kilometers for the continental analysis and nearly 90% classification accuracy of a sample's country of origin for the global analysis. We suggest that the effectiveness of this model sets the stage for a new, quantitative approach to forensic geolocation.

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