I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   14 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 2 5 ,   p p .   473 ~ 481   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 14 .i 1 . p p 4 7 3 - 4 8 1          473     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Ba la ncing  and meta heuristic  t ec hni ques for im pro v ing  ma chine  lea rning  mo dels i n brain st ro ke pr ediction       A bd   Alla h Ao ura g h 1 ,   M o ha m ed  B a ha j 1 ,   F o ua d T o ufik 2   1 M I ET  La b o r a t o r y ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s a n d   T e c h n i q u e s,  H a ssa n   1 st   U n i v e r si t y ,   S e t t a t ,   M o r o c c o   2 C o m p u t e r   S c i e n c e s L a b o r a t o r y ,   H i g h e r   S c h o o l   o f   Te c h n o l o g y ,   M o h a mm e d   V   U n i v e r si t y ,   S a l e ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   19 ,  2 0 2 4   R ev is ed   Oct   19 ,  2 0 2 4   Acc ep ted   Oct   23 ,  2 0 2 4       A  b ra in   stro k e ,   m e d ica ll y   re fe rre d   to   a s  a   str o k e ,   re p re se n ts  a   c rit ica l  c o n d i ti o n   tri g g e re d   b y   t h e   d isru p ti o n   o f  b lo o d   flo w  t o   a   re g io n   o f  th e   b r a in .   Earl y   d e tec ti o n   o f   stro k e   is   c ru c ial  t o   p r e v e n t  fa tal  c o m p li c a ti o n s.   In   th is   stu d y ,   we   wo rk e d   with   a n   u n b a lan c e d   d a t a se t  o f  4 9 8 1   e n tri e s  o n   stro k e ,   wh ich   we   b a lan c e d   u si n g   th e   K - m e a n s  sy n th e ti c   m i n o rit y   o v e r - sa m p li n g   tec h n iq u e   ( KMea n sSM OTE )   a lg o rit h m .   We  th e n   e m p lo y e d   fiv e   m a c h i n e   lea rn in g   a lg o rit h m s:  d e c isio n   tree ,   ra n d o m   fo re st,  su p p o rt  v e c to r  m a c h in e ,   K - ne a re st   n e ig h b o rs,   a n d   g ra d ie n t   b o o st in g .   We   c o m p a re d   th e   h y p e r p a ra m e ter  o p ti m iza ti o n   o f  t h e se   a lg o rit h m s  u sin g   f o u r  m e tah e u rist ic  tec h n i q u e s:  g ra y   wo lf  o p ti m iza ti o n ,   p a rti c le  sw a rm   o p ti m iza ti o n ,   g e n e ti c   a lg o ri th m ,   a n d   a rti ficia l  b e e   c o lo n y .   T h e   m o d e ls'   e ffe c ti v e n e ss   wa s  e v a lu a ted   u sin g   m u lt i p le   m e tri c s,  su c h   a s  a c c u ra c y ,   re c a l l,   p re c isio n ,   F 1 - sc o re ,   a n d   a re a   u n d e r   th e   re c e iv e r  o p e ra ti n g   c h a ra c teristic  c u rv e .   Ou r  fi n d i n g s i n d ica te t h a t  th e   ra n d o m   fo re st  o p t imiz e d   b y   t h e   g e n e ti c   a l g o rit h m   a c h iev e d   t h e   b e st  p e r fo rm a n c e ,   with   a n   a c c u ra c y   o f   9 7 . 3 9 %   a n d   a n   F 1 - sc o re   o f   9 7 . 3 5 % .   Th is   stu d y   h ig h li g h ts   th e   e ffe c ti v e n e ss   o f  b a lan c in g   a n d   m e tah e u risti c s  tec h n iq u e s  i n   o p ti m izi n g   m a c h in e   lea rn in g   m o d e ls f o r  str o k e   fo re c a stin g .   K ey w o r d s :   B r ain   s tr o k e   Gen etic  alg o r ith m   Hy p er p ar a m eter   o p tim izatio n   KM ea n s SMOT E   Ma ch in e  lear n in g     Ov er s am p lin g   R an d o m   f o r est   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ab d   Allah   Ao u r a g h   MI E T   L ab o r ato r y ,   Facu lty   o f   Scien ce s   an d   T ec h n iq u es,  Hass an   1 s t U n iv er s ity   Settat,  Mo r o cc o   E m ail:  ab d allah ao u r ag h @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   B r ain   s tr o k e,   also   k n o wn   as  s tr o k e,   is   a  c r itical  h ea lth   p r o b lem   wo r ld wid e,   c o n s titu tin g   o n e  o f   th e   f o r em o s t  ca u s es  o f   m o r tality   a n d   lo n g - ter m   h an d icap   [ 1 ] .   W h en   a  s tr o k e  o cc u r s ,   th e  r is k   o f   d ea th   is   h ig h .   I f   n o t   f atal,   a  s tr o k e  ca n   ca u s e  v is io n   o r   s p ee ch   im p air m en t,  p ar aly s is ,   an d   co n f u s io n .   E v er y   y ea r ,   1 5   m illi o n   p eo p le   ar e  r ep o r ted   t o   h a v e  a   s tr o k e:  5   m illi o n   d ie,   an d   5   m illi o n   a r e  l ef t  p er m a n en tly   d is ab l ed ,   b u r d en in g   f am ilies   an d   s o cieties  [ 1 ] ,   [ 2 ] .   A  s tr o k e  h a p p en s   wh en   b l o o d   f l o w  to   a  s ec tio n   o f   th e  b r ain   is   d is r u p te d ,   lead in g   to   o x y g en   d ep r iv atio n ,   an d   s u b s eq u en tly ,   tis s u e  d am ag e.   Pro m p t  r ec o g n itio n   a n d   ea r ly   i n ter v en tio n   ar e  p ar am o u n t  i n   m itig atin g   th e   d e v astatin g   co n s eq u en ce s   o f   th is   c o n d itio n   [ 3 ] .   W h ile  th er e  ar e   m a n y   tr ea tm en ts   av ailab le  f o r   s tr o k e,   in clu d in g   s u r g er y ,   r ad iatio n   th er ap y ,   c h em o th e r ap y ,   an d   tar g eted   th er ap e u tic  ap p r o ac h es  [ 4 ] ,   t h ese  in ter v en tio n s   ca n   b e  c o s tly ,   an d   th eir   ef f ec tiv en ess   o f ten   d ep en d s   o n   h o w  q u ick ly   t h e  s tr o k e  is   d iag n o s ed   a n d   tr ea ted .   T h er ef o r e,   ea r ly   d iag n o s is   o f   s tr o k e  is   o f   u tm o s t  im p o r tan ce ,   as  it  n o t  o n ly   im p r o v e s   th e  h ea lth   s itu atio n   o f   p atien ts   b u t a ls o   r ed u ce s   th e  co s ts   ass o ciate d   with   th eir   r eh ab ilit atio n   [ 5 ] .   Alth o u g h   p o ten tially   s er io u s ,   s tr o k e  r em ain s   a  ch allen g in g   co n d itio n   to   p r e d ict  an d   m an a g e  ef f ec tiv ely   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Ma ch in e   lear n i n g   tech n iq u es  h av e  b ec o m e   p r o m is in g   in s tr u m en ts   in   th e  h ea lth ca r e  f ield ,   f ac ilit atin g   th e  an aly s is   o f   co m p lex   m e d ical  d ata  an d   aid in g   clin ical  d ec is io n - m ak in g   [ 6 ] .   T h ese  ad v a n ce m en ts   h av e  also   im p r o v e d   th e  p r e d ictio n   o f   v ar i o u s   d is ea s es,  in clu d in g   b r ain   t u m o r s   [ 7 ] ,   liv er   d is ea s e  [ 8 ] ,   a n d   o th er s   [ 9 ] ,   n o ta b ly   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 2 5 :  473 - 4 8 1   474   th r o u g h   th e  u tili za tio n   o f   d ataset  b alan cin g   an d   h y p er p ar a m eter   o p tim izatio n   tec h n iq u e s   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   I n   t h e   co n tex t o f   s tr o k e,   th e  u tili za tio n   o f   m ac h in e  lea r n in g   alg o r ith m s   an d   d iv er s e   o p tim izatio n   t ec h n iq u es f o r   ea r ly   p r ed ictio n   h o ld s   s ig n if ican t  p r o m is e  f o r   im p r o v in g   p atie n t  ca r e  o u tc o m es  an d   allev ia tin g   th e  b u r d en   o n   h ea lth ca r e  s y s tem s .   T h ese  in n o v ativ e  ap p r o ac h es  en ab le  p r ed ictiv e  m o d els  to   b e  tailo r e d   to   th e  n u an ce s   o f   m ed ical  d ata,   th er e b y   e n h an ci n g   th eir   ac c u r ac y   a n d   r elia b ilit y   [ 1 2 ] .   I n   th is   co n tex t,   Daid o n e  et  a l.   [ 1 3 ]   ex am i n ed   th e  u s e  o f   m ac h in e  lear n i n g   tech n iq u es   in   s tr o k e   p r ed ictio n .   T h ey   em p h asized   th e  im p o r tan ce   o f   d e v elo p i n g   s o p h is ticated   tech n o lo g ies  to   en h an ce   d iag n o s is ,   tr ea tm en t,  an d   p atien t  r esu lts .   T h eir   f in d i n g s   d em o n s tr ate  th at  em er g in g   m ac h in e  lear n in g   t ec h n iq u es  h a v e   s h o wn   ex ce p tio n al  p r ec is io n   in   a n aly zin g   im ag es,   d iag n o s in g   s u b ty p es  o f   s tr o k e ,   a n d   p r ed ictin g   p atien t  p r o g n o s is .   Ho wev er ,   s ev er al   ch allen g es  p er s is t,  in clu d in g   d ata  s tan d ar d izatio n   an d   m o d el  v alid atio n .     Sirsat  et  a l.   [ 1 4 ]   co n d u cted   a  s tu d y   o n   th e  u s e  o f   m ac h i n e  lear n in g   f o r   ac cu r ate  s tr o k e  p r ed ictio n .   T h ey   co n clu d e d   th at   m ac h in e   lear n i n g   is   a   p o ten t   in s tr u m en t   in   h e alth ca r e,   p r o v id i n g   tailo r e d   cli n ical  ca r e  to   s tr o k e   p atien ts .   T h ey   id en tifie d   a   n e ed   f o r   r esear ch   i n   ce r tain   u n d er ex p lo r e d   a r ea s ,   p a r ticu lar ly   in   s tr o k e   tr ea tm en t .   T h e  s tu d y   h ig h lig h ted   th e   ef f icac y   o f   r an d o m   f o r est  ( R F)  an d   s u p p o r t  v ec to r   m ac h i n e  ( SVM)   in   s tr o k e   f o r ec asti n g .   E m o n   et  a l .  [ 1 5 ]   b u ilt  a  m o d el  f o r   th e   ea r ly   f o r ec asti n g   o f   s tr o k e - r elate d   d is ea s es  u s in g   v ar io u s   m ac h in e  lear n in g   tech n i q u es.   T h ey   id en tifie d   s ev er al   f ac t o r s ,   in clu d in g   h ea r t   d is ea s e,   b o d y   m ass   in d e x ,   h y p er ten s io n ,   s tr o k e  h is to r y ,   a n d   ag e,   as  s ig n if ican t  p r ed icto r s .   T h ei r   m o d el  in v o lv ed   tr ain in g   ten   class if ier s ,   th e  r esu lts   o f   wh ich   wer e  co m b in ed   v ia  weig h ted   v o tin g ,   r esu ltin g   in   9 7 %  ac cu r ac y .   T h e  weig h ted   v o tin g   class if ier   p r o v ed   to   b e  th e  b es t  p er f o r m e r   f o r   p r ed ictin g   s tr o k e,   ex h ib itin g   t h e  lo west  f alse  p o s itiv e  an d   f al s e  n eg ativ e  r ates.  T az in   et  a l.   [ 1 6 ]   d ev el o p ed   s tr o k e  p r ed ictio n   m o d els  u tili zin g   a  v ar iety   o f   m ac h in e  lea r n in g   m eth o d s .   T h eir   r esear ch   in c o r p o r ated   p h y s io lo g ical  d ata  a n d   alg o r ith m s ,   i n clu d in g   lo g is tic  r eg r ess io n ,   RF   class if icatio n ,   d ec is io n   tr ee   ( DT )   class if icatio n ,   an d   v o tin g   class if ier s ,   to   tr ain   f o u r   d is tin ct  m o d els.   Am o n g   th ese  alg o r ith m s ,   RF   em er g ed   as  th e  m o s t  ef f ec tiv e,   ac h iev in g   an   ac cu r ac y   o f   a p p r o x im atel y   9 6 %.  T h ese  r esu lts   s h o wca s ed   n o tab ly   h ig h er   ac c u r ac y   co m p a r ed   to   p r e v io u s   s tu d ies,  af f ir m in g   th e  r eliab ilit y   o f   th e  d ev elo p e d   m o d els.   Ak ter   et  a l.   [ 1 7 ]   d ev elo p ed   a  p r ec is e  m o d el  f o r   p r ed ic tin g   s tr o k es  u tili zin g   m ac h in e  lear n in g   alg o r ith m s .   T h ey   e v alu ated   DT ,  SVM ,   an d   RF   m o d els  d u r in g   tr ain in g   a n d   test in g .   T h e   ef f icien cy   o f   ea c h   class if ier   was a s s es s ed   u s in g   v ar io u s   ev alu atio n   m etr ics s u ch   as a cc u r ac y ,   s en s itiv ity ,   f alse  n eg ativ e  r ate,   f alse   p o s itiv e  r ate,   a n d   er r o r   r ate.   T h e  p r o p o s ed   m o d el  attain ed   a  m a x im u m   ac cu r ac y   o f   9 5 . 3 0 %  with   th e   RF   class if ier ,   d em o n s tr atin g   its   e f f ec tiv en ess   in   ac cu r ate  s tr o k e  p r ed ictio n .   Paliwal  et  a l .  [ 1 8 ]   in v esti g ated   th e   s u b s tan tial  in f lu en ce   o f   ea r ly   d etec tio n   an d   s wif t  in ter v en t io n   in   m itig atin g   s tr o k e  d am ag e  an d   en h a n cin g   s u r v iv o r s '   q u ality   o f   life .   E m p l o y in g   a  v a r iety   o f   m ac h i n e  lear n in g   m eth o d s ,   in clu d in g   DT ,   lo g is tic  r eg r ess io n ,   SVM ,   an d   RF ,   th ey   d ev is ed   a  m o d el  tar g etin g   s tr o k e  p r ed ict io n .   T h e  em p h asis   was  o n   ass ess in g   th e  ef f icac y   o f   o v e r s am p lin g   tec h n iq u es  f o r   m an ag i n g   u n b alan ce d   d ata.   T h eir   r esu lts   r ev ea led   t h at  th e   K - m ea n s   s y n th etic   m in o r ity   o v er - s am p lin g   tech n iq u e  ( KM ea n s SMOT E )   tech n iq u e  y ield e d   th e  h ig h est  ac cu r ac y   o f   9 6 %,  with   m in im al  f alse  p o s itiv es  a n d   f alse  n e g ativ es,  s h o wc asin g   its   ef f ec tiv en ess   in   s tr o k e  p r ed ictio n .     Sriv astav   et  a l.   [ 1 9 ]   h av e   cr ea ted   a  m o d el  aim ed   at   p r e d ictin g   s tr o k e  o cc u r r e n ce   th r o u g h   d if f er en t   m ea s u r es   s u ch   as  p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   r o o t  m ea n   s q u ar e  er r o r   ( R MSE ) .   An   an aly tical  co m p ar is o n   o f   p r e d ictio n   p er f o r m an ce   was  co n d u cted   u s in g   s ev er al  m ac h in e  lear n i n g   a lg o r ith m s ,   an d   it  was  f o u n d   t h at  lo g is tic   r eg r ess io n   y ield ed   t h e  b est  p e r f o r m a n ce   with   an   ac c u r ac y   o f   9 5 . 0 2 %.  Srin iv as  an d   Mo s ig an ti  [ 2 0 ]   d ev elo p ed   an   en s em b le  lear n in g   m o d el  f o r   s tr o k e  p r ed ictio n ,   c o m b in i n g   f o r ec asts   f r o m   e x tr em ely   r a n d o m ized   tr ee s ,   RF ,  an d   h is to g r a m - b ased   g r ad ien t   b o o s tin g   ( GB ) .   T h is   s o f t  v o tin g   m o d el  im p r o v ed   p r ec is io n   an d   r eliab ilit y ,   ac h iev in g   9 6 . 8 8 % a cc u r ac y .   I n   o u r   s tu d y ,   we  ex ten d   p r ev io u s   r esear ch   o n   m ac h in e   lea r n in g   ap p licatio n s   f o r   p r e d ictin g   b r ain   s tr o k es.  E x is tin g   s tu d ies  h av e   ex p lo r ed   v a r io u s   tech n iq u es,   b u t  n o   u n iv er s ally   a p p licab le  m eth o d   h as  em er g ed .   Pre v io u s   r esear ch   p r im ar ily   f o cu s ed   o n   d e v elo p in g   an d   e v alu atin g   m ac h in e  lear n in g   m o d els  u s in g   d iv er s e  d atasets ,   o f ten   o v er lo o k in g   th e  cr itical  im p o r tan ce   o f   d a ta  b alan cin g   an d   h y p er p ar a m eter   o p tim izatio n   tech n iq u es.  Ou r   s tu d y   ad d r ess es  th ese   g ap s   in   th e  li ter atu r e  b y   in tr o d u cin g   a  co m p r e h e n s iv e  ap p r o ac h   th at   ev alu ates  th e  ef f ec tiv en ess   o f   KM ea n s SMOT E ,   a  p o wer f u l  d ata  b alan cin g   tech n iq u e,   i n   co n ju n ctio n   with   ad v an ce d   m etah eu r is tic  o p ti m izatio n   tech n iq u es  f o r   h y p er p ar am eter s ,   in cl u d in g   g r a y   wo lf   o p tim izatio n   ( GW O) ,   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) ,   g en etic  alg o r ith m   ( GA) ,   an d   ar tific ial  b ee   co lo n y   ( AB C ) .   W e   r ig o r o u s ly   ass es s   th e  co m b in ed   im p ac t  o f   th ese  tech n iq u es  o n   m o d el  p er f o r m an ce   u s in g   f iv e  d if f er en t  m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s :  DT ,  SV M ,   K - n ea r est  n eig h b o r s   ( KNN) ,  GB ,   an d   RF .   I m p o r tan tly ,   o u r   m eth o d o lo g y   d em o n s tr ates  s u p er io r   e f f ec ti v en ess   co m p ar ed   t o   p r e v io u s   r esear ch   en d ea v o r s ,   p ar tic u lar ly   in   ter m s   o f   ac h iev in g   b alan ce d   d atasets   an d   o p tim ized   h y p er p ar am eter s ,   wh ich   ar e   cr u cial  f o r   e n h an ci n g   m o d el  ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess .   T h is   s tu d y   n o t  o n ly   f ills   a  s ig n if ican t  g ap   in   th e  ex is tin g   liter atu r e  b u t   also   o f f er s   a  n o v e l   co n tr ib u tio n   to   th e  f ield   o f   s tr o k e  p r ed ictio n   th r o u g h   a  well - r o u n d ed   a n d   in n o v ativ e   m eth o d o lo g ical  f r am ewo r k .   T h e  f o llo win g   s ec tio n s   o f   t h is   s tu d y   ar e  s tr u ctu r e d   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   p r o v i d es  an   in - d ep t h   ex p lan atio n   o f   th e  m ater ials   a n d   m eth o d s   u tili ze d .   Sectio n   3   p r esen ts   an d   d is cu s s es  th e  r esu lts ,   in clu d in g   an   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       B a la n cin g   a n d   meta h eu r is tic  tech n iq u es fo r   imp r o vin g   m a ch in e  lea r n in g   mo d els in   …   ( A b d   A lla h   A o u r a g h )   475   an aly s is   o f   th e  e f f ec ts   o f   th e  te ch n iq u es  em p lo y ed .   L astl y ,   s e ctio n   4   o f f er s   a   s u m m ar y   o f   th e  k ey   f in d in g s   an d   p r o p o s es p o ten tial a v en u es f o r   f u tu r e  i n v esti g atio n s .       2.   M AT E R I AL   A ND  M E T H O D   2 . 1 .     P r o po s ed  m et ho do lo g y   I n   o u r   s tu d y   f o cu s ed   o n   p r ed ictin g   s tr o k es  u s in g   m ac h in e  lear n in g   alg o r ith m s ,   we  d ev is ed   a  m eth o d o l o g y   e n co m p ass in g   s ev er al  cr u cial  s tep s .   I n itially ,   we  ac q u ir ed   th e   s tr o k e  d atas et,   wh ich   p r o v id es  co m p r eh e n s iv e  in f o r m atio n   a b o u t  p atien ts   af f licted   b y   th is   m ed ical  co n d itio n .   Su b s eq u e n tly ,   we  c o n d u cted   a   d ata  p r ep r o ce s s in g   p h ase,   in v o lv i n g   o p er atio n s   lik e  en co d in g ,   d ata  p ar titi o n in g ,   an d   n o r m aliza tio n ,   to   en s u r e   u n if o r m   d ata  s ca lin g .   Fu r th er m o r e,   we  ad d r ess ed   th e  ch allen g e  o f   d ata  im b alan ce   b y   ass es s in g   v ar io u s   b alan cin g   tech n i q u es,  with   KM ea n s SMOT E   id en tifie d   as  t h e  o p tim al  s o lu tio n .   Su b s eq u en tly ,   we  ass es s ed   a   v ar iety   o f   m ac h in e   lear n in g   m eth o d s ,   s u ch   as  DT ,   KNN,   SV M,   R F,  an d   GB .   T o   im p r o v e   t h e  ef f icac y   o f   t h ese   m o d els,  we  co n d u cted   h y p e r p ar am eter   o p tim izatio n   f o r   ea ch   u s in g   m etah e u r is tic  o p tim izatio n   tech n iq u es  s u ch   as GWO,  PS O,   GA,   an d   AB C .   Fin ally ,   Fig u r e   1   illu s tr ates th e  m eth o d o lo g ical  a p p r o ac h   ad o p ted   in   th is   s tu d y .           Fig u r e  1 .   Su g g ested   m eth o d o l o g y       2 . 2 .    Da t a s et   I n   o u r   b r ain   s tr o k e  p r ed ictio n   p r o ject,   we  u tili ze   th e  d ataset  s o u r ce d   f r o m   Kag g le  [ 2 1 ] ,   wh ich   s er v es   as  a  v alu a b le  ass et  in   th e   m ed i ca l  d o m ai n .   T h is   d ataset  o f f er s   a  r o b u s t  f o u n d atio n   f o r   r esear ch er s   an d   h ea lth c ar e  p r ac titi o n er s   in ter ested   in   ex p lo r in g   th e  c o r r elatio n   b etwe en   clin ical  attr ib u tes  an d   b r ain   s tr o k es.  C o m p r is in g   1 1   an th r o p o m etr ic  an d   b io lo g ical  ch ar ac ter is tics ,   th e  b r ain   s t r o k e  d ataset  en co m p ass es  4 9 8 1   r ec o r d s ,   p r o v id in g   a  co m p r eh en s iv e   b asis   f o r   b r a in   s tr o k e   an aly s is   an d   p r ed icti o n .   T h e  b r ain   s tr o k e   d ataset  i s   d iv id ed   in to   two   class es :  s tr o k e  p atien ts   ( 4 . 9 7 %)  an d   n o n - s tr o k e  p at ien ts   ( 9 5 . 0 3 %).   T h is   s ig n if ican t  class   im b alan ce   ca n   p r esen t   ch allen g es  d u r i n g   th e  t r ain in g   o f   m a ch in e  lear n in g   m o d e ls ,   lead in g   to   b iased   p er f o r m an ce   ass ess m en ts .   T h er ef o r e,   ad d r ess in g   u n b ala n ce d   class es  is   cr u cial  to   en s u r e  ac cu r ate  an d   b alan ce d   p r ed icti o n s .   Fu r th er   d etails   r eg ar d in g   th e  d ataset  co m p o s itio n   ar e  o u tlin ed   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Data s et  c o m p o s itio n   A t t r i b u t e   D e scri p t i o n   G e n d e r   G e n d e r   o f   p a t i e n t   A g e   P a t i e n t 's  a g e   H y p e r t e n si o n   0   f o r   n o   h y p e r t e n s i o n ,   1   f o r   h y p e r t e n s i o n   H e a r t _ d i se a se   0   f o r   n o   h e a r t   d i sea s e ,   1   f o r   h e a r t   d i s e a se   Ev e r _ marr i e d   " N o "   o r   " Y e s"   W o r k _ t y p e   " c h i l d r e n " ,   " G o v t _ j o v " ,   " N e v e r _ w o r k e d " ,   " P r i v a t e "   o r   " S e l f - e m p l o y e d "   R e si d e n c e _ t y p e   " R u r a l "   o r   " U r b a n "   A v g _ g l u c o se _ l e v e l   A v e r a g e   b l o o d   g l u c o se   l e v e l   B M I   B o d y   M a ss I n d e x   S mo k i n g _ st a t u s   " f o r merl y   sm o k e d " ,   " n e v e r   sm o k e d "   o r   " smo k e s"   S t r o k e   Ta r g e t   v a r i a b l e ,   0 :   H e a l t h y ,   1 :   A f f e c t e d       2 . 3 .    B a la ncing   da t a s et   Data s et  b alan cin g   is   cr u cial  in   o u r   s tu d y   to   en s u r e  ac cu r ate  an d   b alan ce d   p r ed ictio n s ,   p a r t icu lar ly   in   th e  p r esen ce   o f   u n b ala n ce d   cl ass es  l ik e  s tr o k e  an d   n o n - s tr o k e  p atien ts .   I n   o u r   r esear ch ,   w e  ev alu ated   m u ltip le   d ata  b alan cin g   tech n iq u es,  in clu d in g   SMOT E ,  a d ap tiv e  s y n th etic  s am p lin g   ( ADASYN ) ,   SVMSMO T E ,   an d   KM ea n s SMOT E   [ 8 ] ,   [ 2 2 ] – [ 2 4 ] .   W e  s elec ted   th ese  tech n iq u es  d u e  to   th eir   wid esp r ea d   ad o p tio n   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 2 5 :  473 - 4 8 1   476   d em o n s tr ated   ef f ec tiv e n ess   in   m ed ical  r esear ch ,   wh er e  class   im b alan ce s   ar e  p r ev alen t  [ 8 ] ,   [ 2 2 ] – [ 2 4 ] .  Am o n g   th ese  tech n iq u es,  KM ea n s SM OT E   em er g ed   as  th e  b est - p er f o r m in g   o p tio n .   T h e  KM ea n s   a lg o r ith m   is   u tili ze d   to   id en tify   clu s ter s   in   th e  o r ig in al  d ata,   f o llo wed   b y   a  s ep ar at e  ap p licatio n   o f   SMOT E   to   ea ch   g r o u p   to   g en er ate   s y n th etic  d ata  p o in ts   th at  clo s e ly   r esem b le  ex am p les  f r o m   th e  m in o r ity   class   [ 2 5 ] .   T h is   ap p r o ac h   en a b led   u s   t o   g en er ate  a  s y n th etic  d ataset  th at  b etter   r ep r esen ts   th e  m in o r ity   class ,   en h an cin g   o u r   m o d el' s   a b ilit y   to   g en er alize   an d   p r o d u ce   ex ac t p r ed ictio n s   f o r   s tr o k e  p atien ts .     2 . 4 .    M a chine le a rning   a lg o ri t hm s   I n   o u r   s tu d y ,   we  ev alu ated   s ev er al  m ac h in e  lear n in g   al g o r ith m s   f o r   s tr o k e   p r ed ictio n .   T h ese   alg o r ith m s   wer e  s elec ted   f o r   th eir   ef f icien cy   in   m o d elin g   class if icatio n   p r o b lem s   an d   h a v e  b ee n   wid ely   u s ed   in   s im ilar   m ed ical  f ield s   to   p r e d ict  clin ical  o u tco m es  [ 8 ] ,   [ 2 3 ] ,   [ 2 6 ] – [ 2 8 ] .   T h e   ev alu ated   al g o r ith m s   i n clu d e   as f o llo ws.     2 . 4 . 1 .   Dec is io n t re e   T h e  DT   is   a  s im p le  an d   in ter p r etab le  alg o r ith m   wid el y   u s ed   f o r   class if icatio n   task s .   I t c an   ef f ec tiv ely   ca p tu r e  n o n - tr iv ial  co r r elatio n s   b etwe en   p r ed icto r s   an d   th e  o u tco m e  v ar iab le  wh ile  also   h a n d lin g   m is s in g   d ata   an d   o u tlier s   ef f icien tly .   T h e   d ec is io n   r u l es  it  g en er ates  ar e  e x p lain ab le,   m a k in g   it  p ar ticu l ar ly   u s ef u l  in   f ield s   s u ch   as m ed icin e  [ 2 6 ] – [ 2 8 ] .     2 . 4 . 2 .   K - nea re s t   neig hb o rs   KNN  is   a  b asic  class if icat io n   tech n iq u e  t h at  ass ig n s   d ata  p o i n ts   to   th e  m o s t  co m m o n   class   am o n g   t h eir   n ea r est n eig h b o r s .   I t' s   s tr aig h tf o r war d   t o   im p lem en t a n d   d o e s n ' t a s s u m e  an y   s p ec if ic  d ata  d is tr ib u tio n ,   m ak in g   it  r o b u s t  to   n o is y   d ata.   H o wev er ,   it  m ay   in c u r   s ig n if ican t  co m p u tatio n al  co s ts ,   p ar ticu lar ly   with     h ig h - d im e n s io n al  d atasets   [ 2 3 ] ,   [ 2 6 ] – [ 2 8 ] .     2 . 4 . 3 .   Su pp o rt   v ec t o r  m a chi ne   SVM  is   k n o wn   f o r   its   ef f ec tiv e n ess   in   h an d lin g   h ig h - d im en s i o n al  d ata   an d   f in d i n g   n o n - lin e ar   d ec is io n   b o u n d ar ies.  I t  wo r k s   b y   f in d in g   th e  d ec is io n   b o u n d a r y   th at  o p tim ally   s eg r eg ates  d is tin ct  class e s   wh il e   m ax im izin g   th e   m ar g i n   b etwe en   th em .   SVM  is   p ar ticu la r l y   u s ef u l  in   s ce n ar io s   with   co m p le x   d ata  r elatio n s h ip s   b u t m ay   r eq u ir e   ca r ef u l t u n in g   f o r   o p tim al  p er f o r m a n ce   [ 2 6 ] – [ 2 8 ] .     2 . 4 . 4 .   Ra nd o m   f o re s t   R F  i s   a  v er s ati le  en s em b le  lea r n in g   alg o r ith m   k n o wn   f o r   its   r o b u s tn ess   an d   h ig h   ac cu r ac y .   I t  b u ild s   n u m er o u s   DT   d u r in g   th e  tr ain in g   p h ase  an d   i n teg r ates  th eir   r esu lts   to   f o r m u late  p r ed ictio n s .   RF   i s   r esil ien t  to   o v er f itti n g ,   p er f o r m s   well  with   h ig h - d im en s io n al  d ata,   an d   p r o v id es  v al u ab le  in s ig h ts   in to   f ea t u r e     im p o r tan ce   [ 7 ] ,   [ 2 6 ] – [ 2 8 ] .     2 . 4 . 5 .   G ra dient  bo o s t ing   GB   i s   a  r o b u s t  en s em b le  lear n in g   m eth o d   th at  co n s tr u cts  a  p o ten t  p r ed ictiv e  m o d el  b y   i ter ativ ely   in co r p o r atin g   wea k   lear n er s .   O f ten   DT s ,   to   m in im ize  th e  lo s s   f u n ctio n .   I t  ef f ec tiv ely   h an d les  co m p lex   d atasets ,   r ed u ce s   b ias  an d   v ar ian ce ,   an d   ca n   m o d el  co m p lex   in t er ac tio n s   b etwe en   p r ed icto r s   an d   th e  r esp o n s e    v ar iab le  [ 2 3 ] ,   [ 2 6 ] – [ 2 8 ] .     2 . 5 .    H y perpa ra m e t er   o ptim i za t io n wit h m et a heuris t ics   Op tim izin g   h y p er p a r am eter s   i s   cr u cial  f o r   f i n e - tu n i n g   th e   ef f ec tiv en ess   o f   m ac h in e   lear n i n g   m o d els.  T r ad itio n ally ,   th is   o p tim izatio n   is   p er f o r m e d   u s in g   m eth o d s   s u ch   as  g r id   s ea r ch ,   wh ich   ev alu ates  ev er y   p o ten tial  co m b in atio n   o f   p a r a m eter s   to   d etec t  th e  b es t  co n f ig u r atio n   [ 8 ] .   Ho wev e r ,   th is   ap p r o ac h   m ay   b e   in ef f icien t  f o r   lar g e  o r   co m p lex   p a r am eter   s p ac es.  Me t ah eu r is tic  tech n iq u es  p r o v id e  a  m o r e  ef f ec tiv e  alter n ativ e,   ef f icien tly   ex p l o r i n g   th e   s o lu tio n   s p ac e   to   d is co v er   o p tim al  co n f ig u r atio n s   with in   r ea s o n a b le  tim e   f r am es.  Un l ik e  g r id   s ea r ch ,   t h ey   o f f er   g r ea ter   f lex ib ilit y ,   r ed u ce d   s u s ce p tib ilit y   to   lo ca l m i n im a,   an d   en h an ce d   s u itab ilit y   f o r   ad d r ess in g   th e  c o m p lex ities   o f   h y p er p a r am eter   o p tim izatio n   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   I n   o u r   s tu d y ,   we  o p ted   to   u tili ze   th e  f o llo win g   f o u r   tech n iq u es,  wid ely   r e co g n ize d   an d   ex ten s iv ely   em p l o y ed   in   th e  r esear ch   co m m u n ity :     2 . 5 . 1 .   G ra y   wo lf   o pti m iza t io n   GW O  i s   a  m etah eu r is tic   ap p r o ac h   in f lu en ce d   b y   th e  s o cial  o r g an izatio n   an d   h u n tin g   b e h av i o r   o f   g r ay   wo lv es.  T h e   alg o r ith m   o p er ate s   b y   e m u latin g   th e   h u n tin g   s tr a teg ies  o f   g r ay   wo lv es,   in   wh ic h   th e   p ac k   m em b er s   co llab o r ate  to   tr ac k   a n d   ca p tu r e  p r ey .   I n itially ,   th e  lo ca tio n s   o f   th e  alp h a,   b eta,   d elta,   an d   o m eg a  wo lv es  ar e   r an d o m l y   in itialized   with in   th e   ex p lo r atio n   s p ac e.   T h e n ,   th e  a lg o r ith m   co n tin u ally   m o d if ies  th e  lo ca tio n s   o f   th e   wo lv es  d ep en d i n g   o n   p r ed ef in ed   eq u atio n s ,   in co r p o r atin g   th e  alp h a,   b eta,   d elta,   an d   o m e g a  wo lv es'   p o s itio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       B a la n cin g   a n d   meta h eu r is tic  tech n iq u es fo r   imp r o vin g   m a ch in e  lea r n in g   mo d els in   …   ( A b d   A lla h   A o u r a g h )   477   to   g u id e  th e  s ea r ch   to war d   o p tim al  s o lu tio n s .   GW O  i s   ad v an tag e o u s   b ec au s e  it  r eq u ir es  f ewe r   co n tr o l   p ar am eter s ,   is   ea s y   to   im p lem en t,  an d   e x h ib its   f ast co n v e r g e n ce   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .     2 . 5 . 2 .   G enet ic  a lg o rit hm   GA  is   a  m etah eu r is tic  alg o r it h m   in s p ir ed   b y   n atu r al  s elec tio n   an d   ev o lu tio n ,   em p l o y in g   p r in cip les  s u ch   as  s elec tio n ,   cr o s s o v er ,   an d   m u tatio n   to   s ee k   o p tim al  s o lu tio n s   with in   a  d ef in ed   p r o b lem   s p ac e.   Star tin g   with   an   in itial  p o p u latio n   o f   p o ten tial  s o lu tio n s ,   r ep r esen ted   as  ch r o m o s o m es,  th e  alg o r ith m   s elec ts   in d iv id u als  with   h ig h er   f itn ess   s co r es  f o r   r ep r o d u ctio n .   T h r o u g h   cr o s s o v er ,   s elec ted   p air s   ex ch an g e  g e n etic  in f o r m atio n   to   g en er ate  o f f s p r in g ,   wh ile  m u t atio n   in tr o d u ce s   s m all  c h an g e s   to   m ain tain   p o p u lati o n   d iv e r s ity .   T h is   iter ativ e   p r o ce s s   co n tin u es u n til co n v e r g en ce   to   a n   id ea l o r   q u asi - o p tim al  s o lu tio n   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .     2 . 5 . 3 .   P a rt icle  s wa r m   o ptim i za t io n   PS O  is   a  m etah eu r is tic  alg o r ith m   g u i d ed   b y   s o cial  b ir d   f lo c k in g   o r   f is h   s ch o o lin g   b e h av io r .   I n   PS O,   a  p o p u latio n   o f   p o s s ib le  s o lu ti o n s ,   r ep r esen ted   as  p ar ticles,   m o v es  ac r o s s   th e  s ea r ch   s p ac e  to   f in d   o p tim al   s o lu tio n s .   E ac h   p ar ticle  a d ap t s   its   lo ca tio n   u s i n g   its   in d i v id u al  h is to r y   an d   t h e  co llectiv e  ac tio n s   o f   n ea r b y   p ar ticles.  T h e  alg o r ith m   iter ativ ely   ad ju s ts   th e  v elo city   an d   p o s itio n   o f   p ar ticles  b ased   o n   th e  m o s t  o p tim al   p o s itio n s   f o u n d   b y   in d iv id u a l  p ar ticles  an d   th e  en tire   s w ar m .   T h is   co o p er ativ e  b e h a v io r   allo ws  PS O  to   ef f icien tly   n av i g ate  th r o u g h   th e  s ea r ch   s p ac e  an d   c o n v e r g e  t o war d s   th e  b est s o lu tio n s   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .     2 . 5 . 4 .   Art if icia l bee   co lo ny   AB C   i s   a  m etah eu r is tic  o p tim izatio n   alg o r ith m   in s p ir ed   b y   th e  h u n tin g   ac tiv ity   o f   h o n ey b ee s .   I t   in v o lv es  th r ee   p r im ar y   elem e n ts :  wo r k in g   b ee s ,   o b s er v er   b ee s ,   an d   s co u t  b ee s .   W o r k i n g   b ee s   s ee k   o u t   f o o d   s o u r ce s   an d   co m m u n icate   th eir   f in d in g s   to   o b s er v e r   b ee s ,   wh o   th e n   s elec t  f o o d   s o u r ce s   b ased   o n   th is   in f o r m atio n ,   wh ile  s co u t  b ee s   ex p lo r e  n ew  f o o d   s o u r ce s .   T h e  alg o r ith m   em u lates  th e  co o p er ativ e  attitu d e  o f   b ee s   in   lo ca tin g   an d   e x p lo itin g   f o o d   s o u r ce s ,   f ac ilit atin g   ef f icien t  ex p lo r atio n   a n d   ex p lo itatio n   o f   th e   s o lu tio n   s p ac e.   AB C   is   k n o wn   f o r   its   s im p licity ,   f ew  co n tr o l  p ar am et er s ,   an d   ef f ec tiv en ess   in   ex p lo r in g   s ea r ch   s p ac es,  m ak in g   it a   c o m m o n ly   ch o s en   o p tio n   i n   v ar io u s   o p tim izatio n   p r o b lem s   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   I n   th is   s ec tio n ,   we  d elv e  in to   th e  o u tco m es  an d   d is cu s s io n s   s te m m in g   f r o m   o u r   in v esti g atio n   in to   b r ain   s tr o k e  p r ed ictio n .   T h e  ex p e r im en ts   wer e  co n d u cted   o n   a  c o m p u tin g   s y s tem   p o wer ed   b y   an   AM D  R y ze n   7   5 7 0 0 G  p r o ce s s o r   with   R ad eo n   g r ap h ics.  Ou r   s o f twar e   en v i r o n m en t  was  co n f ig u r e d   with   th e  Py th o n   lan g u a g e   o p er atin g   with in   J u p y ter   No teb o o k ,   s u p p lem en ted   b y   es s en tial  lib r ar ies  lik e  Pan d as,  Scik it - lear n ,   an d   Hy p ONI C .   T o   ev alu ate  th e  e f f icien cy   o f   o u r   m ac h in e   lear n in g   m o d els,  w e  u tili ze d   a  v ar iety   o f   ass ess m e n t  m etr ics,   in clu d in g   ac cu r ac y ,   r ec all,   p r ec is io n ,   F1 - s co r e,   an d   ar ea   u n d er   th e  r ec eiv er   o p er atin g   c h ar ac ter is tic  cu r v e   ( AUC - R O C ) .   T h ese  m ea s u r es  s er v e  as  ess en tial  in d icato r s   o f   o u r   m o d els'   p r ed ictiv e  p r o wess   an d   th eir   ca p ac ity   to   g en er alize   to   n ew  d ata.   W e  s elec ted   th ese  ev alu atio n   m etr ics  d u e  to   th eir   ab ilit y   to   o f f er   a  th o r o u g h   in s ig h t   in to   o u r   m o d els'   p er f o r m an c e  [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   T h e  r esu lts   ac r o s s   d if f er en t  s tag es  o f   th e  s tu d y   a r e  o u tlin e d   i n     T ab les  2 – 7 .   T h ese  r esu lts   o f f er   v alu ab le  i n s ig h ts   in to   th e   co m p ar ativ e  e f f ec tiv en ess   o f   th e  alg o r ith m s   in   p r ed ictin g   b r ain   s tr o k es,  co n s i d er in g   b o th   th e  d ata  b alan ci n g   an d   th e  h y p er p a r am eter   o p tim izatio n   s tr ateg ies   em p lo y ed .   I n   T ab le  2 ,   th e   p er f o r m an ce   o f   th e  m o d els  o n   th e  o r ig in al   d ataset,   wh ich   is   h ig h l y   im b alan ce d ,   is   p r esen ted .   Alth o u g h   s o m e  m o d els  ac h iev ed   h i g h   o v er all  ac c u r ac y ,   with   t h e  b est  v alu e   r ea c h in g   u p   to   9 5 . 7 9 %   f o r   th e  SVM  m o d el,   it  is   cr u cial  to   m en tio n   th at  th e s e  m o d els  ar e  n o t  co n s id er ed   ef f ec tiv e  d u e  to   th eir   p o o r   p er f o r m an ce   o n   o th er   m etr ics  s u ch   as  p r ec is io n ,   r ec all,   an d   AUC - R O C ,   wh ich   d o   n o t  ex c ee d   2 8 %,  1 5 %,  a n d   5 5 %,  r esp ec tiv ely .   T h ese  r esu lts   in d icate   th at  th ese  m o d els  ar e  n o t  s u itab le   f o r   th e  task   o f   s tr o k e  p r ed ictio n   d u e   to   th eir   in ab ilit y   to   g e n er al ize  well  an d   ef f ec tiv ely   ca p tu r e  p o s itiv e  in s tan ce s .   Af ter   b alan cin g   with   KM ea n s SMOT E ,   th e  m o d el  p er f o r m an ce s   ar e  s ig n if ican tly   im p r o v e d ,   as  s h o wn   in   T ab le  3 .   T h er e  is   a  s ig n if ican t  in cr ea s e  in   all  ev al u atio n   m etr ics  co m p ar ed   t o   th e  h ig h ly   im b alan ce d   o r ig in al   d ataset.   Par ticu lar ly ,   GB   s tan d s   o u t  b y   ac h iev in g   th e  h ig h est  v alu es  o f   ac c u r ac y   ( 9 5 . 5 6 %),   p r ec is io n   ( 9 4 . 3 0 %),   F1 - s co r e  ( 9 5 . 5 6 %),   an d   AUC - R OC   ( 9 5 . 5 8 %).   Ad d itio n ally ,   KNN  an d   RF   p er f o r m   well,   with   th e  h ig h est  r ec a ll  o f   9 7 . 2 9 %.  Af ter   ap p ly in g   GW O  to   th e  d atas et  b alan ce d   b y   KM ea n s SMOT E ,   T ab le  4   h ig h lig h ts   a   clea r   p er f o r m an ce   im p r o v em e n t.  On ce   ag ain ,   GB   s tan d s   o u t  b y   ac h iev in g   th e  h ig h est  v alu es  o f   ac cu r ac y   ( 9 7 . 3 2 %),   p r ec is io n   ( 9 7 . 4 9 %),   F1 - s co r e  ( 9 7 . 2 8 %) ,   an d   AUC - R OC   ( 9 7 . 3 2 %).   Me an wh ile,   SVM  ac h iev es  t h e  h ig h est  r ec all  o f   9 7 . 2 9 %.   Af ter   ap p ly in g   GA  to   th e  d a taset  b alan ce d   b y   KM ea n s SMOT E ,   T ab le  5   d em o n s tr ate s   a  n o tab le   p er f o r m an ce   im p r o v em e n t.  T h is   tim e,   RF   s tan d s   o u t  b y   ac h iev in g   th e  h ig h est  v alu es  o f   ac cu r ac y   ( 9 7 . 3 9 %),   p r ec is io n   ( 9 7 . 6 3 %),   F1 - s co r e  ( 9 7 . 3 5 %),   an d   AUC - R OC   ( 9 7 . 3 9 %).   Ad d itio n ally ,   SVM  a ch iev es  th e  h ig h est   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 2 5 :  473 - 4 8 1   478   r ec all  o f   9 7 . 2 1 %.  Af ter   ap p ly i n g   PS O  to   th e  d ataset  b alan ce d   b y   KM ea n s SMOT E ,   T ab le  6   r ev ea ls   a  s ig n if ican t  p er f o r m an ce   im p r o v em e n t.  I n   th is   ca s e,   GB   s tan d s   o u t  b y   ac h iev in g   th e  h ig h est  v alu es  o f   a cc u r ac y   ( 9 7 . 2 2 %),   p r ec is io n   ( 9 7 . 3 5 %),   F1 - s co r e  ( 9 7 . 1 7 %),   an d   AUC - R OC   ( 9 7 . 2 2 %).   Ad d itio n ally ,   SVM  a ch iev es  th e  h ig h est   r ec all  o f   9 7 . 2 9 %.  Af ter   a p p l y in g   AB C   to   th e  d ataset  b al an ce d   b y   KM ea n s SMOT E ,   T ab le  7   illu s tr ates  a  s ig n if ican t  p er f o r m an ce   im p r o v em en t.  T h is   tim e,   GB   s tan d s   o u t  b y   ac h iev in g   th e  h i g h est  v alu es  o f   ac cu r ac y   ( 9 7 . 3 2 %),   p r ec is io n   ( 9 7 . 2 9 %) ,   r ec all  ( 9 7 . 2 9 %),   F1 - s co r e   ( 9 7 . 2 9 %),   an d   AUC - R OC   ( 9 7 . 3 2 %).   Ad d itio n ally ,   SVM  also   ac h iev es th e  h ig h est r ec all  o f   9 7 . 2 9 %.       T ab le  2 .   Or ig i n al  d ataset     A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   AUC - R O C   ( %)   DT   9 1 . 0 4   1 0 . 9 9   1 5 . 8 7   1 2 . 9 9   5 5 . 1 1   K N N   9 5 . 3 8   2 5 . 0 0   4 . 7 6   8 . 0 0   5 2 . 0 7   S V M   9 5 . 7 9   0 . 0 0   0 . 0 0   0 . 0 0   5 0 . 0 0   RF   9 5 . 5 9   2 0 . 0 0   1 . 5 9   2 . 9 4   5 0 . 6 5   GB   9 5 . 5 9   2 8 . 5 7   3 . 1 7   5 . 7 1   5 1 . 4 1       T ab le  3 .   B alan ce d   KM ea n s S MO T E   d ataset     A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   AUC - R O C   ( %)   DT   9 4 . 1 5   9 2 . 7 9   9 5 . 5 7   9 4 . 1 6   9 4 . 1 7   K N N   9 4 . 1 5   9 1 . 4 1   9 7 . 2 9   9 4 . 2 6   9 4 . 2 0   S V M   9 5 . 0 4   9 2 . 9 7   9 7 . 2 9   9 5 . 0 8   9 5 . 0 7   RF   9 4 . 8 2   9 2 . 8 2   9 7 . 0 0   9 4 . 8 7   9 4 . 8 5   GB   9 5 . 5 6   9 4 . 3 0   9 6 . 8 6   9 5 . 5 6   9 5 . 5 8       T ab le  4 .   B alan ce d   d ataset   +  GW O  Op tim izatio n     A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   AUC - R O C   ( %)   DT   9 4 . 4 0   9 3 . 6 7   9 5 . 0 7   9 4 . 3 6   9 4 . 4 1   K N N   9 4 . 2 6   9 1 . 6 5   9 7 . 2 1   9 4 . 3 5   9 4 . 3 0   S V M   9 7 . 1 1   9 6 . 8 7   9 7 . 2 9   9 7 . 0 8   9 7 . 1 2   RF   9 5 . 0 4   9 3 . 5 6   9 6 . 5 7   9 5 . 0 4   9 5 . 0 6   GB   9 7 . 3 2   9 7 . 4 9   9 7 . 0 7   9 7 . 2 8   9 7 . 3 2       T ab le  5 .   B alan ce d   d ataset  +  G A   Op tim izatio n     A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   AUC - R O C   ( %)   DT   9 5 . 6 7   9 4 . 8 1   9 6 . 5 0   9 5 . 6 5   9 5 . 6 8   K N N   9 4 . 4 4   9 1 . 9 6   9 7 . 2 1   9 4 . 5 1   9 4 . 4 8   S V M   9 7 . 2 5   9 7 . 2 8   9 7 . 1 4   9 7 . 2 1   9 7 . 2 5   RF   9 7 . 3 9   9 7 . 6 3   9 7 . 0 7   9 7 . 3 5   9 7 . 3 9   GB   9 6 . 6 9   9 6 . 3 1   9 7 . 0 0   9 6 . 6 5   9 6 . 6 9       T ab le  6 .   B alan ce d   d ataset  +  PSO   Op tim izatio n     A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   AUC - R O C   ( %)   DT   9 4 . 7 2   9 4 . 0 1   9 5 . 3 6   9 4 . 6 8   9 4 . 7 3   K N N   9 4 . 7 2   9 2 . 4 6   9 7 . 2 1   9 4 . 7 8   9 4 . 7 5   S V M   9 7 . 1 1   9 6 . 8 7   9 7 . 2 9   9 7 . 0 8   9 7 . 1 2   RF   9 5 . 2 1   9 3 . 8 3   9 6 . 6 4   9 5 . 2 1   9 5 . 2 3   GB   9 7 . 2 2   9 7 . 3 5   9 7 . 0 0   9 7 . 1 7   9 7 . 2 2       T ab le  7 .   B alan ce d   d ataset  +  AB C   Op tim izatio n     A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   AUC - R O C   ( %)   DT   9 4 . 4 4   9 3 . 7 9   9 5 . 0 0   9 4 . 3 9   9 4 . 4 4   K N N   9 4 . 6 5   9 2 . 3 3   9 7 . 2 1   9 4 . 7 1   9 4 . 6 8   S V M   9 7 . 1 1   9 6 . 8 7   9 7 . 2 9   9 7 . 0 8   9 7 . 1 2   RF   9 4 . 9 6   9 3 . 3 7   9 6 . 6 4   9 4 . 9 8   9 4 . 9 9   GB   9 7 . 3 2   9 7 . 2 9   9 7 . 2 9   9 7 . 2 9   9 7 . 3 2       T h e  r esu lts   h ig h lig h t  th e  b en ef its   o f   d ata  b alan cin g   an d   h y p er p a r am eter   o p tim izatio n   in   s tr o k e   p r ed ictio n .   B y   c o m b in in g   t h e  KM ea n s SMOT E   m eth o d   with   th e  GA   an d   th e   RF   m o d el,   we   r ea ch ed   th e  h ig h est  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       B a la n cin g   a n d   meta h eu r is tic  tech n iq u es fo r   imp r o vin g   m a ch in e  lea r n in g   mo d els in   …   ( A b d   A lla h   A o u r a g h )   479   p er f o r m an ce ,   with   a n   ac cu r ac y   r ate  o f   9 7 . 3 9 %  an d   an   F1 - s co r e  o f   9 7 . 3 5 %.  T h e  m ea s u r em en ts   f o r   th e   d if f er e n t   m o d els  o f   th e  b est  co m b i n atio n   ar e  illu s tr ated   in   Fig u r e  2 .   T h is   ap p r o ac h   p r o v e d   to   b e  ef f e ctiv e  in   en h an cin g   th e  o v er all  p r ed ictiv e   ca p ab il ity   o f   th e   m o d els.  T h e  GB   a n d   RF   m o d els  ex h ib ited   o p tim al  p er f o r m an ce   in   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   F1 - s co r e,   an d   AUC - R OC   d u e  to   th eir   in tr in s ic  ab ilit y   to   ca p tu r e  co m p lex   r elatio n s h ip s   b etwe en   v a r iab les an d   p r o v id e   ac cu r ate   p r e d ictio n s .   T h eir   ca p ab ilit y   to   tr ain   wea k   m o d els  an d   a g g r e g ate  th e m   s ig n if ican tly   im p r o v e d   th e   o v er all  m o d el   p er f o r m a n ce .   C o n v er s ely ,   th e   SVM  s to o d   o u t   f o r   r ec all   d u e   to   its   u tili za tio n   o f   d ec is io n   h y p er p lan es  th at  m ax im ize  th e  m ar g in   b etwe en   d if f er en t  class es,  en ab lin g   it  to   m o r e  ea s ily   id en tify   p o s itiv e  ex am p l es.  T h e  GA   o u tp e r f o r m ed   o th e r   m etah eu r is tics   b ec au s e  o f   its   ab ilit y   to   ef f icien tly   ex p lo r e   s o lu tio n   s p ac es  an d   i d en tify   s ets  o f   o p tim al  p a r am eter s   f o r   th e  m o d els.  B y   em p lo y in g   co n ce p ts   o f   n atu r al  s elec tio n   an d   cr o s s o v er ,   th e  GA   co u ld   a v o id   lo c al   m in im a  an d   co n v er g e  to war d s   m o r e  p er f o r m a n t  s o lu tio n s   with in   r ea s o n ab le  ti m ef r am es.           Fig u r e  2 .   Me tr ics o f   th e  b est c o m b in atio n       C o m p ar in g   o u r   r esu lts   to   p r ev io u s   s tu d ies,  we  o b s er v e  th at  m eth o d s   s u ch   as  GB   an d   RF   c o n s is ten tly   p er f o r m   well,   alig n in g   with   f in d in g s   f r o m   o th er   r esear ch .   Ou r   s tu d y   ex ten d s   th ese  f i n d i n g s   b y   s p ec if ically   h ig h lig h tin g   th e  im p ac t  o f   d if f er en t  h y p er p ar a m eter   o p tim i za tio n   tech n iq u es  o n   m o d el  p er f o r m a n ce .   Un lik e   p r ev io u s   wo r k ,   we  em p l o y ed   KM e an s SMOT E   f o r   d ata  b al an cin g   in   c o n ju n ctio n   with   v ar io u s   o p tim izatio n   alg o r ith m s ,   in clu d in g   GW O ,  PSO ,   an d   GA .   No tab l y ,   th e   co m b in atio n   o f   KM ea n s SMOT E   with   th e  GA   an d   RF   y iel d ed   th e  h i g h est ac cu r ac y   a n d   F1 - s co r e,   s ig n if ican tly   o u tp er f o r m in g   p r e v io u s   m o d els.  T h is   u n d er s co r es th e  cr itical  r o le  o f   d ata  b alan cin g   an d   h y p er p a r am eter   o p ti m izatio n   in   en h an cin g   p r ed i ctio n   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess .   Ou r   f in d in g s   d em o n s tr ate  th at  th ese  te ch n iq u es  ca n   s ig n if ican tly   im p r o v e  m o d el  p er f o r m an ce   co m p ar ed   to   p r io r   s tu d ies  th at  d id   n o t  u tili ze   s u ch   co m p r eh en s iv e  o p tim izatio n   s tr ateg ies.  B y   s y s tem atica lly   ad d r ess in g   th e   ch allen g es  o f   d ata  im b alan ce   a n d   o p tim izin g   h y p er p ar am eter s ,   o u r   ap p r o ac h   p r o v i d es  a   m o r e   r o b u s t  f r am ewo r k   f o r   s tr o k e  p r ed ictio n ,   o f f er in g   im p r o v ed   a cc u r ac y   an d   r eliab ilit y .   Desp ite  th ese  en co u r ag in g   f in d in g s ,   it  is   im p o r ta n t  to   ac k n o wled g e  ce r tain   r estrictio n s   o f   o u r   s tu d y .   Ou r   d ataset  m ay   b e  lim ited   in   ter m s   o f   r ep r esen tativ en ess ,   p o ten t ially   r estrictin g   th e  g e n er ali za b ilit y   o f   o u r   f in d in g s   to   o th er   p o p u latio n s .   Ad d itio n ally ,   s o m e  im p o r tan t  v ar iab les  m ay   n o t  h a v e  b ee n   ac co u n ted   f o r   in   o u r   an aly s is ,   wh ich   co u ld   af f ec t  th e  v alid ity   o f   o u r   r esu lts .   Fo r   f u tu r e  r esear ch ,   it  wo u ld   b e  a d v a n tag e o u s   to   f u r t h er   e x am i n e  th e   u s e  o f   th ese   tech n iq u es  in   o t h er   ar ea s   o f   p r ed ictiv e  m e d icin e,   as  well  as  th eir   in teg r atio n   in t o   r e al  clin ical  s ettin g s .   Ad d itio n al  s tu d ies  co u ld   also   d elv e  in to   th e  im p ac t  o f   t h e s e  tech n iq u es  o n   tr ea tm e n t  d ec is io n s   an d   p ati en t  o u tco m es to   b etter   u n d er s tan d   th eir   p o ten tial in   a   clin ical  co n tex t.       4.   CO NCLU SI O N   I n   co n clu s io n ,   th is   s tu d y   s h e d s   lig h t  o n   t h e  s ig n if ican ce   o f   d ata   b alan ci n g   a n d   h y p er p ar am eter   o p tim izatio n   tech n iq u es  in   s tr o k e  p r ed ictio n .   T h e  f i n d in g s   d em o n s tr ate  th at  th e  i n teg r atio n   o f   KM ea n s SMOT E   with   th e  GA   a n d   th e   RF   m o d el  y ield ed   th e   h ig h est  p r ed icti v e  p e r f o r m an ce ,   s h o wca s in g   an   ac cu r ac y   r ate  o f   95. 67% 94. 44% 97. 25% 97. 39% 96. 69% 94. 81% 91. 96% 97. 28% 97. 63% 96. 31% 96. 50% 97. 21% 97. 14% 97. 07% 97. 00% 95. 65% 94. 51% 97. 21% 97. 35% 96. 65% 95. 68% 94. 48% 97. 25% 97. 39% 96. 69 % 9 1 % 9 2 % 9 3 % 9 4 % 9 5 % 9 6 % 9 7 % 9 8 % D e c i si o n   T r e e KNN S V M R a n d o m Fo r e st G r a d i e n t   B o o st i n g K mea n s S M O TE   +   G e n e t i c   A l g o r i t h m S C O R ES a c c u ra c y p r e c isio n re c all F1 -s c o re au c- ro c Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 2 5 :  473 - 4 8 1   480   9 7 . 3 9 %  a n d   a n   F1 - s co r e   o f   9 7 . 3 5 %.  T h ese  r esu lts   u n d e r s co r e  th e  ca p ab ilit y   o f   ad v an ce d   m ac h in e   lear n in g   m eth o d s   to   im p r o v e   s tr o k e  p r e d ictio n   ac cu r ac y .   Mo v in g   f o r w ar d ,   th e  s u cc ess f u l  ap p licatio n   o f   th ese  tech n iq u es  o p en s   a v en u es  f o r   en h an ce d   s tr o k e   r is k   ass e s s m en t  an d   ea r ly   in ter v en tio n   s tr ateg ies  i n   clin ical  s ettin g s .   Mo r eo v er ,   th e  r o b u s t  p er f o r m an ce   o f   th e  GB   an d   RF   m o d els  s u g g ests   th eir   s u itab ilit y   f o r   r ea l - wo r l d   d ep lo y m e n t  in   h ea lth ca r e  s y s t em s ,   wh er e  ac cu r ate  s tr o k e  p r e d ictio n   ca n   s ig n if ican tly   im p a ct  p a tien t  o u tco m es.  Fu r th er m o r e ,   th is   s tu d y   p r o m p ts   f u r th er   ex p l o r atio n   in t o   th e  in te g r atio n   o f   a d v an ce d   m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s   with   d o m ain - s p ec if ic  k n o wled g e  a n d   ad d itio n al  p atien t  d ata  s o u r ce s ,   s u ch   as  g en etic  m ar k er s   o r   life s ty le  f ac to r s .   Su ch   in ter d i s cip lin ar y   ap p r o ac h es   h o ld   p r o m is e  f o r   r ef in i n g   s tr o k e  p r e d ictio n   m o d els  an d   tailo r in g   in ter v en tio n s   to   in d iv id u al  p atien t  p r o f iles .   Ultim ately ,   th e  f in d in g s   p r esen ted   in   th is   s tu d y   co n tr ib u te  to   th e  o n g o in g   r esear ch   ef f o r ts   aim ed   at  lev er a g in g   m ac h in e  l ea r n in g   f o r   p r o ac tiv e   h ea lth ca r e  m an ag em e n t.  B y   elu cid atin g   th e  e f f ec tiv en ess   o f   d ata  b ala n cin g   a n d   h y p er p ar am eter   o p tim izatio n   tech n i q u es,  th is   r esear ch   ad v an ce s   o u r   u n d er s tan d in g   o f   s tr o k e  p r e d ictio n   an d   p av es th e  way   f o r   f u tu r e   in n o v atio n s   i n   clin ical  p r ac tice.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   S .   J.  M u r p h y   a n d   D .   J.   W e r r i n g ,   “ S t r o k e :   c a u s e s  a n d   c l i n i c a l   f e a t u r e s, ”   M e d i c i n e ,   v o l .   4 8 ,   n o .   9 ,   p p .   5 6 1 – 5 6 6 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . mp me d . 2 0 2 0 . 0 6 . 0 0 2 .   [ 2 ]   W H O ,   “ S t r o k e ,   c e r e b r o v a sc u l a r   a c c i d e n t , ”   H e a l t h   T o p i c ,   W o r l d   H e a l t h   O r g a n i z a t i o n ,   2 0 2 1 .   A c c e ss e d :   J u n .   2 5 ,   2 0 2 4 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s: / / w w w . e mr o . w h o . i n t / h e a l t h - t o p i c s/ s t r o k e - c e r e b r o v a s c u l a r - a c c i d e n t / i n d e x . h t m l   [ 3 ]   D .   K u r i a k o s e   a n d   Z .   X i a o ,   “ P a t h o p h y s i o l o g y   a n d   t r e a t me n t   o f   s t r o k e :   P r e s e n t   s t a t u s   a n d   f u t u r e   p e r s p e c t i v e s,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   M o l e c u l a r  S c i e n c e s ,   v o l .   2 1 ,   n o .   2 0 ,   p p .   1 – 2 4 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / i j ms 2 1 2 0 7 6 0 9 .   [ 4 ]   M .   O .   O w o l a b i   e t   a l . ,   “ P r i m a r y   st r o k e   p r e v e n t i o n   w o r l d w i d e :   t r a n s l a t i n g   e v i d e n c e   i n t o   a c t i o n , ”   T h e   L a n c e t   P u b l i c   H e a l t h ,   v o l .   7 ,   n o .   1 ,   p p .   e 7 4 – e 8 5 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / S 2 4 6 8 - 2 6 6 7 ( 2 1 ) 0 0 2 3 0 - 9.   [ 5 ]   T.   N .   R o c h m a h ,   I .   T.   R a h maw a t i ,   M .   D a h l u i ,   W .   B u d i a r t o ,   a n d   N .   B i l q i s,  “ E c o n o mi c   b u r d e n   o f   st r o k e   d i se a se :   A   sy st e ma t i c   r e v i e w , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E n v i ro n m e n t a l   Re s e a r c h   a n d   P u b l i c   H e a l t h ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 4 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / i j e r p h 1 8 1 4 7 5 5 2 .   [ 6 ]   M .   J a v a i d ,   A .   H a l e e m,  R .   P r a t a p   S i n g h ,   R .   S u ma n ,   a n d   S .   R a b ,   “ S i g n i f i c a n c e   o f   mac h i n e   l e a r n i n g   i n   h e a l t h c a r e :   F e a t u r e s,  p i l l a r s   a n d   a p p l i c a t i o n s, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   I n t e l l i g e n t   N e t w o rks ,   v o l .   3 ,   p p .   5 8 – 7 3 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j i n . 2 0 2 2 . 0 5 . 0 0 2 .   [ 7 ]   A .   A .   A o u r a g h   a n d   M .   B a h a j ,   “ C o m b i n i n g   t r a n sf e r   l e a r n i n g   w i t h   C N N s  a n d   mac h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h ms  f o r   i m p r o v e d   b r a i n   t u m o r   c l a ss i f i c a t i o n   f r o m  M R I , ”   i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   D a t a   S c i e n c e   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   2 0 2 4 ,   p p .   3 9 1 – 3 9 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 1 - 4 8 5 7 3 - 2 _ 5 6 .   [ 8 ]   A .   A .   A o u r a g h   a n d   M .   B a h a j ,   “ F e a t u r e   se l e c t i o n   a n d   d i me n s i o n a l i t y   r e d u c t i o n   f o r   u n b a l a n c e d   l i v e r   d i se a se  c l a ssi f i c a t i o n   w i t h   o p t i m i z e d   ma c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m s,”   i n   2 0 2 3   7 t h   I EEE   C o n g re ss  o n   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   ( C i S t ) ,   2 0 2 3 ,   p p .   5 4 7 – 5 5 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C i S t 5 6 0 8 4 . 2 0 2 3 . 1 0 4 0 9 9 6 7 .   [ 9 ]   M .   M .   A h sa n ,   S .   A .   L u n a ,   a n d   Z.   S i d d i q u e ,   “ M a c h i n e - l e a r n i n g - b a se d   d i s e a s e   d i a g n o si s :   a   c o m p r e h e n s i v e   r e v i e w , ”   H e a l t h c a r e ,   v o l .   1 0 ,   n o .   3 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / h e a l t h c a r e 1 0 0 3 0 5 4 1 .   [ 1 0 ]   K .   M .   H a s i b   e t   a l . ,   “ A   s u r v e y   o f   me t h o d s  f o r   m a n a g i n g   t h e   c l a ssi f i c a t i o n   a n d   s o l u t i o n   o f   d a t a   i mb a l a n c e   p r o b l e m, ”   J o u r n a l   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 5 4 6 – 1 5 5 7 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 8 4 4 / JC S S P . 2 0 2 0 . 1 5 4 6 . 1 5 5 7 .   [ 1 1 ]   J.  K o n g ,   W .   K o w a l c z y k ,   D .   A .   N g u y e n ,   T .   B a c k ,   a n d   S .   M e n z e l ,   “ H y p e r p a r a met e r   o p t i m i sa t i o n   f o r   i mp r o v i n g   c l a ssi f i c a t i o n   u n d e r   c l a ss   i mb a l a n c e , ”   i n   2 0 1 9   I EE E  S y m p o s i u m   S e ri e s  o n   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e   ( S S C I ) ,   2 0 1 9 ,   p p .   3 0 7 2 – 3 0 7 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S S C I 4 4 8 1 7 . 2 0 1 9 . 9 0 0 2 6 7 9 .   [ 1 2 ]   C .   H .   L i n   e t   a l . ,   “ Ev a l u a t i o n   o f   ma c h i n e   l e a r n i n g   me t h o d s  t o   st r o k e   o u t c o me   p r e d i c t i o n   u s i n g   a   n a t i o n w i d e   d i sea s e   r e g i st r y , ”   C o m p u t e r   M e t h o d s  a n d   Pr o g r a m s  i n   Bi o m e d i c i n e ,   v o l .   1 9 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c mp b . 2 0 2 0 . 1 0 5 3 8 1 .   [ 1 3 ]   M .   D a i d o n e ,   S .   F e r r a n t e l l i ,   a n d   A .   T u t t o l o m o n d o ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   a p p l i c a t i o n s  i n   s t r o k e   m e d i c i n e :   A d v a n c e men t s,  c h a l l e n g e s ,   a n d   f u t u r e   p r o s p e c t i v e , ”   N e u ra l   R e g e n e r a t i o n   Re s e a r c h ,   v o l .   1 9 ,   n o .   4 ,   p p .   7 6 9 – 7 7 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 4 1 0 3 / 1 6 7 3 - 5 3 7 4 . 3 8 2 2 2 8 .   [ 1 4 ]   M .   S .   S i r sa t ,   E.   F e r m é ,   a n d   J.   C â ma r a ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   b r a i n   st r o k e :   a   r e v i e w , ”   J o u r n a l   o f   S t ro k e   a n d   C e re b r o v a sc u l a r   D i sea ses ,   v o l .   2 9 ,   n o .   1 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j s t r o k e c e r e b r o v a sd i s. 2 0 2 0 . 1 0 5 1 6 2 .   [ 1 5 ]   M .   U .   Emo n ,   M .   S .   K e y a ,   T.   I .   M e g h l a ,   M .   M .   R a h ma n ,   M .   S .   A l   M a m u n ,   a n d   M .   S .   K a i s e r ,   “ P e r f o r m a n c e   a n a l y si s   o f   ma c h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h e s   i n   s t r o k e   p r e d i c t i o n , ”   i n   2 0 2 0   4 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   El e c t r o n i c s,   C o m m u n i c a t i o n   a n d   A e ro s p a c e   T e c h n o l o g y   ( I C EC A) ,   2 0 2 0 ,   p p .   1 4 6 4 – 1 4 6 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C E C A 4 9 3 1 3 . 2 0 2 0 . 9 2 9 7 5 2 5 .   [ 1 6 ]   T.   Ta z i n ,   M .   N .   A l a m ,   N .   N .   D o l a ,   M .   S .   B a r i ,   S .   B o u r o u i s,   a n d   M .   M .   K h a n ,   “ S t r o k e   d i s e a s e   d e t e c t i o n   a n d   p r e d i c t i o n   u s i n g   r o b u s t   l e a r n i n g   a p p r o a c h e s, ”   J o u r n a l   o f   H e a l t h c a r e   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   2 0 2 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 1 / 7 6 3 3 3 8 1 .   [ 1 7 ]   B .   A k t e r ,   A .   R a j b o n g sh i ,   S .   S a z z a d ,   R .   S h a k i l ,   J .   B i sw a s,  a n d   U .   S a r a ,   “ A   mac h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h   t o   d e t e c t   t h e   b r a i n   s t r o k e  d i s e a se , ”   i n   2 0 2 2   4 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   S m a r t   S y s t e m s  a n d   I n v e n t i v e   T e c h n o l o g y   ( I C S S I T ) ,   2 0 2 2 ,   p p .   8 9 7 – 9 0 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C S S I T5 3 2 6 4 . 2 0 2 2 . 9 7 1 6 3 4 5 .   [ 1 8 ]   S .   P a l i w a l ,   S .   P a r v e e n ,   M .   A .   A l a m ,   a n d   J.   A h m e d ,   “ I mp r o v i n g   b r a i n   s t r o k e   p r e d i c t i o n   t h r o u g h   o v e r sa mp l i n g   t e c h n i q u e s:   a   c o m p a r a t i v e   e v a l u a t i o n   o f   m a c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h ms, ”   Pr e p r i n t s ,   p p .   1 – 1 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 2 0 9 4 4 / p r e p r i n t s2 0 2 3 0 6 . 1 4 4 4 . v 1 .   [ 1 9 ]   S .   S r i v a s t a v ,   K .   G u l e r i a ,   a n d   S .   S h a r ma,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   m o d e l s   f o r   e a r l y   b r a i n   s t r o k e   p r e d i c t i o n :   a   p e r f o r man c e   a n a l o g y , ”   i n   2 0 2 3   Wo rl d   C o n f e r e n c e   o n   C o m m u n i c a t i o n   &   C o m p u t i n g   ( WC O N F) ,   2 0 2 3 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / W C O N F 5 8 2 7 0 . 2 0 2 3 . 1 0 2 3 5 0 7 0 .   [ 2 0 ]   A .   S r i n i v a s   a n d   J.   P .   M o s i g a n t i ,   “ A   b r a i n   s t r o k e   d e t e c t i o n   m o d e l   u si n g   so f t   v o t i n g   b a se d   e n sem b l e   mac h i n e   l e a r n i n g   c l a ss i f i e r , ”   Me a su r e m e n t :   S e n s o rs ,   v o l .   2 9 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me a se n . 2 0 2 3 . 1 0 0 8 7 1 .   [ 2 1 ]   F .   S o r i a n o ,   “ S t r o k e   p r e d i c t i o n   d a t a se t , ”   K a g g l e .   2 0 2 0 .   A c c e sse d :   J u n .   2 5 ,   2 0 2 4 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / w w w . k a g g l e . c o m / d a t a se t s/ f e d e so r i a n o / s t r o k e - p r e d i c t i o n - d a t a set   [ 2 2 ]   T.   D .   P i y a d a s a   a n d   K .   G u n a w a r d a n a ,   “ A   r e v i e w   o n   o v e r sam p l i n g   t e c h n i q u e s  f o r   so l v i n g   t h e   d a t a   i m b a l a n c e   p r o b l e m  i n   c l a ss i f i c a t i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o n   A d v a n c e s  i n   I C T   f o r  Em e r g i n g   Re g i o n s  ( I C T e r) ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   p p .   2 2 – 3 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 4 0 3 8 / i c t e r . v 1 6 i 1 . 7 2 6 0 .   [ 2 3 ]   A .   A .   A o u r a g h   a n d   M .   B a h a j ,   “ A d v a n c i n g   b r e a s t   c a n c e r   d i a g n o si s   w i t h   ma c h i n e   l e a r n i n g :   e x p l o r i n g   d a t a   b a l a n c i n g ,   f e a t u r e   sel e c t i o n ,   a n d   b a y e s i a n   o p t i m i z a t i o n , ”   i n   2 0 2 3   I EEE  6 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e ren c e   o n   C l o u d   C o m p u t i n g   a n d   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e :   T e c h n o l o g i e s   a n d   A p p l i c a t i o n s ( C l o u d T e c h ) ,   2 0 2 3 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C l o u d Te c h 5 8 7 3 7 . 2 0 2 3 . 1 0 3 6 6 0 5 8 .   [ 2 4 ]   L.   W a n g ,   M .   H a n ,   X .   Li ,   N .   Z h a n g ,   a n d   H .   C h e n g ,   “ R e v i e w   o f   c l a s si f i c a t i o n   m e t h o d s   o n   u n b a l a n c e d   d a t a   se t s,”   I EEE  Ac c e ss ,   v o l .   9 ,   p p .   6 4 6 0 6 – 6 4 6 2 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 1 . 3 0 7 4 2 4 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       B a la n cin g   a n d   meta h eu r is tic  tech n iq u es fo r   imp r o vin g   m a ch in e  lea r n in g   mo d els in   …   ( A b d   A lla h   A o u r a g h )   481   [ 2 5 ]   W .   Li ,   “ I mb a l a n c e d   d a t a   o p t i mi z a t i o n   c o m b i n i n g   K - me a n s  a n d   S M O TE , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   Pe rf o rm a b i l i t y   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 5 ,   n o .   8 ,   p p .   2 1 7 3 – 2 1 8 1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 4 0 / i j p e . 1 9 . 0 8 . p 1 7 . 2 1 7 3 2 1 8 1 .   [ 2 6 ]   A .   A .   A o u r a g h ,   M .   B a h a j ,   a n d   N .   G h e r a b i ,   “ C o m p a r a t i v e   st u d y   o f   d i me n si o n a l i t y   r e d u c t i o n   t e c h n i q u e s  a n d   mac h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h ms  f o r   a l z h e i mer’ s   d i se a se   c l a ssi f i c a t i o n   a n d   p r e d i c t i o n , ”   i n   2 0 2 2   I E EE  3 r d   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   El e c t ro n i c s,   C o n t r o l ,   O p t i m i z a t i o n   a n d   C o m p u t e r  S c i e n c e   ( I C E C O C S ) ,   2 0 2 2 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C EC O C S 5 5 1 4 8 . 2 0 2 2 . 9 9 8 3 2 1 1 .   [ 2 7 ]   S .   U d d i n ,   A .   K h a n ,   M .   E .   H o ss a i n ,   a n d   M .   A .   M o n i ,   “ C o m p a r i n g   d i f f e r e n t   s u p e r v i se d   ma c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h ms  f o r   d i s e a se   p r e d i c t i o n , ”   B MC   Me d i c a l   I n f o rm a t i c s a n d   D e c i si o n   Ma k i n g ,   v o l .   1 9 ,   n o .   1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 2 9 1 1 - 0 1 9 - 1 0 0 4 - 8.   [ 2 8 ]   D .   P a u l ,   G .   G a i n ,   a n d   S .   O r a n g ,   “ A d v a n c e d   r a n d o m  f o r e st   e n se mb l e   f o r   s t r o k e   p r e d i c t i o n , ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A d v a n c e d   Re se a rc h   i n   C o m p u t e r  a n d   C o m m u n i c a t i o n   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 1 ,   n o .   3 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 7 1 4 8 / i j a r c c e . 2 0 2 2 . 1 1 3 4 3 .   [ 2 9 ]   S .   Y a r a t ,   S .   S e n a n ,   a n d   Z.   O r man ,   “ A   c o mp a r a t i v e   s t u d y   o n   P S O   w i t h   o t h e r   m e t a h e u r i st i c   m e t h o d s , ”   I n t e rn a t i o n a l   S e r i e s  i n   O p e r a t i o n s  Re se a r c h   a n d   M a n a g e m e n t   S c i e n c e ,   v o l .   3 0 6 ,   p p .   4 9 – 7 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 0 - 7 0 2 8 1 - 6 _ 4 .   [ 3 0 ]   T.   D o k e r o g l u ,   E.   S e v i n c ,   T.   K u c u k y i l maz ,   a n d   A .   C o sar,  “ A   su r v e y   o n   n e w   g e n e r a t i o n   me t a h e u r i s t i c   a l g o r i t h ms , ”   C o m p u t e rs a n d   I n d u st r i a l   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 3 7 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c i e . 2 0 1 9 . 1 0 6 0 4 0 .   [ 3 1 ]   S .   A .   H i c k s  e t   a l . ,   “ O n   e v a l u a t i o n   m e t r i c s  f o r   me d i c a l   a p p l i c a t i o n s  o f   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e , ”   S c i e n t i f i c   Re p o r t s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 022 - 0 9 9 5 4 - 8.   [ 3 2 ]   J.  Le v e r ,   M .   K r z y w i n s k i ,   a n d   N .   A l t m a n ,   “ C l a ssi f i c a t i o n   e v a l u a t i o n , ”   N a t u r e   M e t h o d s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   8 ,   p p .   6 0 3 – 6 0 4 ,   2 0 1 6 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Abd   Alla h   A o u r a g h           is  c u rr e n tl y   p u rsu in g   h is  P h . D.  a t  t h e   M IET   Lab o ra to r y ,   F a c u lt y   o f  S c ien c e s  a n d   Tec h n i q u e s,  Ha ss a n   F irst  U n iv e rsit y ,   S e t t a t,   M o r o c c o .   His   re se a rc h   is   fo c u se d   o n   a d v a n c in g   m e d ica l  d iag n o sis  su p p o rt  sy ste m s,  with   a   p a rti c u lar  e m p h a sis  o n   lev e ra g in g   m a c h in e   l e a rn i n g ,   d e e p   lea rn in g ,   a n d   c o m p u ter  v isio n   tec h n iq u e s  to   d e v e lo p   in n o v a ti v e   so l u ti o n s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :   a b d a ll a h a o u ra g h @g m a il . c o m .         Mo h a m e d   B a h a j          re c e iv e d   h is  P h . D.   in   M a th e m a ti c s  a n d   C o m p u ter  S c ien c e   fro m   th e   Un i v e rsity   Ha ss a n   1 st,  M o r o c c o ,   a n d   c u rre n tl y   se rv e s a s a   F u ll   P ro fe ss o r  i n   th e   De p a rtme n t  o f  M a th e m a ti c s  a n d   Co m p u ter  S c ien c e s  a t  th e   Un iv e rsity   Ha ss a n   1 st,  F a c u lt y   o f  S c ien c e s  &   Tec h n o l o g y ,   S e tt a t,   M o r o c c o .   Wi th   a   ro b u st  a c a d e m ic  b a c k g ro u n d ,   h e   h a s  c o n tri b u ted   o v e r  6 0   p e e r - re v iew e d   p a p e rs,  sp a n n in g   a r e a s  su c h   a s  in telli g e n t  s y ste m s,  o n to lo g ies   e n g i n e e rin g ,   p a rti a l   a n d   d iffere n ti a l  e q u a ti o n s,  n u m e rica l  a n a ly sis,  a n d   sc ien ti fic  c o m p u ti n g .   He   h a s  p ro v id e d   v a lu a b le  p e e r  re v iew   se rv ice s  fo r  v a rio u s  jo u rn a ls  a n d   m e n t o re d   se v e ra l  P h . D.  stu d e n ts  i n   c o m p u ter  sc ien c e s  a n d   m a th e m a ti c s.  He   a c ti v e ly   e n g a g e s  in   wo rk s h o p s,   se m in a rs,  a n d   a c a d e m ic   fo ru m s  to   e n h a n c e   tea c h in g   m e th o d o l o g ies   a n d   re se a rc h   p r a c ti c e s .  H e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  m o h a m e d b a h a j@g m a il . c o m .         Fo u a d   To u f ik           re c e iv e d   h is  P h . D.  in   Co m p u ter  S c ien c e   fro m   th e   Un iv e rsity   Ha ss a n   1 st,  S e tt a t ,   M o r o c c o .   He   c u rre n t l y   h o l d s  t h e   p o sit io n   o f  P ro fe ss o r   o f  C o m p u ter   S c ien c e s  a t   th e   Hig h e r  S c h o o l   o f   Tec h n o lo g y   S ALE,   M o h a m m e d   V   Un i v e rsity ,   M o ro c c o .   Wi th   e x p e rti se   in   a rti ficia l  in telli g e n c e ,   b ig   d a ta,  a n d   d a tab a se   a rc h it e c tu re s,  h is  r e se a rc h   in tere sts  li e   a t  th e   in ters e c ti o n   o f  t h e se   field s.  His a c a d e m ic p u rsu it s a im t o   a d v a n c e   k n o wle d g e   a n d   in n o v a ti o n   in   th e se   a re a s,  c o n tri b u t in g   to   th e   d e v e lo p m e n t  o f  c u t ti n g - e d g e   tec h n o lo g ies .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  to u fi k . f o u a d @ g m a il . c o m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.