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.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 26 ,   p p .   2398 ~ 2 4 0 9   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 3 . p p 2 3 9 8 - 2 4 0 9           2398     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Ada ptive  sy nthe ti c - ba sed a rrhy th m ia  clas sifica tion u sing   ma chine learning   techniqu es       M d.  Ra biu l Is la m 1 ,  T a pa n K um a r  G o dd er 2 ,   Ahs a n - Ul - Am bia 3 ,   F er dib - Al - I s la m 4 ,   B ul bu l A ha m ed 5 ,  Anin dy a   Na g 4 ,  Arif ul I s la m 1   1 D e p a r t me n t   o f   B i o m e d i c a l   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   Te c h n o l o g y ,   I sl a mi c   U n i v e r si t y ,   K u sh t i a ,   B a n g l a d e sh   2 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   a n d   C o m mu n i c a t i o n   Te c h n o l o g y ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   Te c h n o l o g y ,   I sl a mi c   U n i v e r si t y ,     K u sh t i a ,  B a n g l a d e sh   3 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   I sl a m i c   U n i v e r s i t y ,   K u s h t i a ,   B a n g l a d e s h   4 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   N o r t h e r n   U n i v e r si t y   o f   B u s i n e ss  a n d   Te c h n o l o g y   K h u l n a ,   K h u l n a ,   B a n g l a d e sh   5 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   S o n a r g a o n   U n i v e r s i t y ,   D h a k a ,   B a n g l a d e s h       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   14 ,  2 0 2 5   R ev is ed   Mar   31 ,  2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   22 ,  2 0 2 6       Ca rd iac   a rrh y t h m ias ,   c h a ra c teriz e d   b y   irreg u lar  h e a rt  r h y t h m s,  p o se   a   sig n ifi c a n t  c h a ll e n g e   fo r  ti m e ly   a n d   a c c u ra te  d iag n o sis.  Th is  p a p e r  p re se n ts  a n   a d v a n c e d   fra m e wo rk   fo r   a rrh y th m ia  c las sifica ti o n   th a t   a d d re ss e s  th e   c las s  imb a lan c e   issu e   u sin g   a d a p ti v e   sy n th e ti c   (AD ASYN)  sa m p li n g   c o m b in e d   with   a   wid e - ra n g i n g   se t  o f  m a c h in e   lea rn in g   ( ML )   tec h n iq u e s.  N u m e ro u s  c las sifiers   a re   i m p lem e n ted ,   in c l u d i n g   l o g isti c   re g re ss io n   (LR) ,   n a iv e   Ba y e s  (NB),  d e c isio n   tree   (DT),   ra n d o m   fo re st  (RF ),   k - n e a re st  n e ig h b o rs  (KN N),  m u lt i - lay e r  p e rc e p tro n   (M L P ),   g ra d ien t  b o o stin g   (G B),   a d a p ti v e   b o o stin g   (AB),  li g h t  g ra d ien t  b o o sti n g   m a c h in e   (LG BM ),   a n d   e x trem e   g ra d ien t   b o o st in g   (XG B).   Th e   e x p e rime n t a l  re su lt s  d e m o n stra te  t h a t  RF ,   G B,   LG BM ,   a n d   XG B  a c h iev e d   a   re m a rk a b le  a c c u ra c y   o f  9 7 % .   Ot h e r  m o d e ls ,   su c h   a s   DT  a n d   LR,   a lso   a c c o m p li sh e d   we ll ,   a c h iev in g   9 5 %   a n d   9 4 %   a c c u ra c y ,   re sp e c ti v e ly .   KN N  a n d   NB  y iel d e d   9 3 %   a n d   8 1 %   a c c u ra c y ,   re sp e c ti v e ly ,   wh il e   AB  u n d e rp e rfo rm e d   wi th   a n   a c c u ra c y   o f  2 4 % .   P re c isio n   sc o re s  a c ro ss   th e   m o d e ls  re m a in e d   h i g h ,   e x c e p t  fo r  NB  a n d   AB.  All  m o d e ls,  e x c e p t  AB,   d e m o n stra ted   e x c e ll e n t   re c a ll .   Th e   p ro p o se d   m e th o d o l o g y   o u tp e rfo rm s  p re v io u s  wo r k s,  se tt i n g   a   n e w   b e n c h m a rk   fo r  a rr h y t h m ia  c las sifica ti o n .   Th e se   o u tco m e s  u n d e rsc o re   t h e   e ffe c ti v e n e ss   o f  i n teg ra ti n g   AD ASYN  wit h   ML   tec h n iq u e s  to   e n h a n c e   a rrh y th m ia  d e tec ti o n ,   with   sig n ifi c a n t   p o ten ti a l   fo r  imp r o v i n g   c li n ica l  d iag n o stic  p ro c e ss e s a n d   p a ti e n t  o u tco m e s.   K ey w o r d s :   Ad ap tiv e  s y n th etic   Ar r h y th m ia  class if icatio n   C las s   im b alan ce   Gr id Sear ch C V   Ma ch in e  lear n in g   Pair ed   t - test   Statis t ical  s ig n if ican ce   test   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 :   Fer d ib - Al - I s lam   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   Scien ce   an d   E n g i n ee r in g   No r th er n   Un i v er s ity   o f   B u s in e s s   an d   T ec h n o lo g y   Kh u ln a   Kh u ln a – 9 1 0 0 ,   B an g lad esh   E m ail: f er d ib . b s m r s tu @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Ar r h y th m ia  is   a  co m m o n   c ar d iac  d is o r d er   th at  af f ec ts   m illi o n s   o f   p eo p le  wo r ld wid e.   I t  is   ch ar ac ter ized   b y   an   ab n o r m al  h ea r t r h y th m ,   wh ich   ca n   b e  lif e - th r ea ten in g   if   u n d iag n o s ed   an d   u n tr ea ted .   E ar ly   d etec tio n   an d   class if icatio n   o f   ar r h y th m ia  ar e  cr itical  f o r   a ctiv e  tr ea tm en t  an d   co n tr o llin g   o f   th e  co n d itio n .   T h e  tr ad itio n al  ar r h y th m ia  cla s s if icatio n   m eth o d   e lectr o ca r d io g r am   ( E C G)   is   a  n o n - in v asi v e  tech n iq u e  wid ely   u s ed   to   d iag n o s e  an d   class if y   ar r h y th m ia  [ 1 ] .   T h ese  ty p es  o f   m an u al  a p p r o ac h es  ar e  ti m e - co n s u m in g   an d   r eq u ir e  s p ec ialized   m ed ical  k n o wled g e.   H o wev er ,   th e   d e m an d s   ar e  ac cu r ate  an d   ef f i cien t  d iag n o s is   an d   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       A d a p tive  s yn th etic - b a s ed   a r r h yth mia   cla s s ifica tio n   u s in g   ma ch in e  lea r n in g   tec h n iq u es ( Md .   R a b iu l  I s la m)   2399   class if icatio n   o f   ar r h y th m ias.   Ar r h y th m ia  is   a  ca r d iac  co m p lain t  co n s id er ed   b y   ir r eg u l ar   h ea r tb ea ts ,   wh ich   ca n   lead   to   s ev er e  im p ed im en ts   s u ch   as  s tr o k e,   h ea r t  f ailu r e ,   o r   s u d d en   ca r d iac  ar r est.  Ar r h y th m ias  m u s t  b e   id en tifie d   an d   ca teg o r ize d   ea r l y   to   b e  e f f ec tiv ely   tr ea te d   an d   m an ag ed .     Ma ch in e  lear n in g   ( ML )   alg o r ith m s   s h o w  g r ea t  p o ten tial  f o r   ar r h y th m ia  class if icatio n ,   b u t  th eir   p er f o r m an ce   d ep e n d s   o n   t h e  ass o r tm en t  o f   in f o r m ativ e   f ea tu r es.  R ec u r s iv e  f ea t u r e   elim in atio n   ( R FE)   is   a   tech n iq u e   th at  ca n   b e   ap p lied   to   s elec t  ap p r o p r iate  f ea tu r es  f o r   class if icatio n ,   a n d   t h is   s tu d y   aim s   to   ex am i n e   th e  p er f o r m an ce   o f   s ev er al  ML   m o d els  u s in g   th is   tech n iq u e.   T h e  d ev elo p m en t  o f   r e liab le  an d   ac cu r ate   au to m ated   ar r h y t h m ia  class if icatio n   s y s tem s   ca n   aid   in   th e  d iag n o s is   an d   m a n ag em e n t  o f   a r r h y th m ias,   u ltima tely   im p r o v in g   p atien t   o u tco m es.  ML   m o d els  h av e  s h o wn   g r ea t  p o ten tial  in   th e  class if icatio n   o f   ar r h y th m ia  [ 2 ] .   H o wev er ,   th e  p er f o r m an ce   o f   th ese  alg o r ith m s   d ep en d s   o n   th e  s elec tio n   o f   in f o r m ativ e   f ea tu r es.  R FE  is   a  p r o ce d u r e  t h at  ca n   b e  u s ed   to   s elec t r elev an t f ea tu r es f o r   class if icatio n   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h e  r esear ch e r s   p r o p o s e  an   ar r h y th m ia  class if icatio n   p r o ce d u r e  b ased   o n   s y n th etic   m in o r ity     o v er - s am p lin g   tech n iq u e  ( S MO T E )   an d   f ea tu r e  s elec tio n   [ 5 ] .   T h e  s tu d y   aim s   to   ad d r ess   th e  co n ce r n   o f   im b alan ce d   d ata  in   E C G  ar r h y th m ia  class if icatio n ,   wh ich   ca n   lead   to   lo w  class if icatio n   ac cu r ac y   f o r   m in o r ity   class es.  T h e  p r o p o s ed   p r o ce d u r e  ap p lies   SMOT E   to   p r o d u ce   s y n th etic  s am p les  to   b alan ce   th e  d ata,   an d   f ea tu r e  s elec tio n   m eth o d s   to   s elec t  th e  m o s t  in f o r m ativ e  f e atu r es  f o r   class if icatio n .   T h e  s tu d y   d em o n s tr ates  th e  p o te n tial  o f   u s in g   SMOT E   an d   f ea tu r e   s elec tio n   tech n iq u es  f o r   ac cu r ate  an d   ef f icien t  E C G  ar r h y th m ia   class if icatio n   [ 5 ] .   Ar r h y th m ia  class if icatio n   u s in g   d ata  f r o m   th e  UC   I r v in e   Ma ch in e   L ea r n in g   ( UC I   ML )   r ep o s ito r y   h as  b ee n   ex ten s iv ely   s tu d ied   with   v ar io u s   ML   tech n iq u es  to   en h a n ce   d ia g n o s tic  ac cu r ac y   a n d   ef f icien cy .   T h e  class if icatio n   o f   E C G  s ig n als,  wh ich   ar e  cr u cial  f o r   d iag n o s in g   ar r h y th m ia,   h as  b ee n   s ig n if ican tly   en h an ce d   u s in g   co n v o l u tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NN s ) ,   ac h iev in g   a  h ig h   a cc u r ac y   o f   9 9 . 8 8 %  with   an   en s em b le  o f   d ep t h - w is e  s ep ar ab le  co n v o l u tio n al  ( DSC )   n eu r al  n etwo r k s   [ 6 ] .  R an d o m   f o r est  ( RF )   class if ier s   h av e  also   s h o wn   p r o m is in g   r esu lts ,   p ar ticu lar l y   in   class if y in g   atr ial  f ib r illatio n   ( AF)   an d   o th er   h ea r t r h y th m s ,   with   an   ac c u r a cy   o f   8 9 %  [ 7 ] .   C o m p ar ativ e  s tu d ies  in d icate   th at  R F  p er f o r m s   b est  f o r   a r r h y th m ia  d atasets ,   o u tp er f o r m in g   o th er   class if ier s   lik e  n aiv e  B ay es  ( NB ) ,  m u lti - lay er   p e r ce p tr o n   ( MLP ) ,   an d   s u p p o r t   v ec to r   m ac h in e  ( SVM )   [ 8 ] .  Ad d itio n ally ,   e n s em b le  m eth o d s   co m b in in g   class if ier s   s u ch   as  d ec is io n   tr ee   ( DT ) ,   S VM ,   an d   R F  h av e   d em o n s tr ated   s u p er io r   p er f o r m an ce   o n   ce r tain   d atasets   [ 9 ] .   A d v an ce d   tech n iq u es   lik e  th e  r id er   ch a o tic   b io g r ap h y   o p tim izatio n   ( R C B O)   alg o r ith m   in teg r ated   with   d ee p   s tack ed   au to - en co d er s   h av e  b ee n   p r o p o s ed   to   h an d le  lar g e  d atasets   ef f ec tiv e ly ,   ac h iev in g   h ig h   ac cu r ac y   an d   s p ec if icity   [ 1 0 ] .   M o r eo v e r ,   t h e  u s e  o f   p r in ci p al  co m p o n en t  a n aly s is   ( PC A)   f o r   r e d u cin g   f ea tu r es  a n d   wav elet  p ac k et   d ec o m p o s itio n   ( W PD)   f o r   f ea t u r e   ex tr ac tio n   h as  b ee n   b e n ef ici al  in   im p r o v i n g   class if icatio n   ac cu r ac y   [ 1 1 ] .   T h e  in te g r atio n   o f   ML   with   h ar d war e - s o f twar e  c o m p lex es ,   s u ch   as  m o b ile  elec tr o n ic  ca r d io g r a p h s ,   h as  en ab led   r ea l - t im e  E C G  an aly s is   an d   ar r h y th m ia  d etec tio n ,   f u r t h er   en h an cin g   d ia g n o s tic  ca p ab ilit ies  [ 1 2 ] .   T ec h n iq u es  lik e   g en etic  alg o r ith m   an d   ar tific ial  f lo r a  o p tim izati o n   h av e  also   b ee n   em p l o y ed   to   o p tim ize  n eu r al  n etwo r k   to p o lo g ies,  r ed u cin g   o v er f itti n g   a n d   im p r o v i n g   g en er aliza tio n   [ 1 3 ] .   L astl y ,   teac h in g - lear n in g - b ased   o p tim izatio n   ( T L B O)   co m b in ed   with   k - m ea n s   a n d   f u zz y   c - m ea n s   clu s ter in g   h as  s h o wn   h ig h   ac cu r ac y   in   class if y in g   h ea r t  d is ea s e   d atasets ,   in d icatin g   th e  r o b u s t n ess   o f   th ese  m eth o d s   in   h an d lin g   n o n - cl u s ter ed   d ata  [ 1 4 ] .   T h ese  ad v an ce m en ts   co llectiv ely   co n tr i b u te  to   th e  ef f ec tiv e  class if icatio n   o f   ar r h y th m ia  u s in g   UC I   M L   r ep o s ito r y   d ata,   h ig h lig h tin g   th e  p r o s p ec tiv e  o f   ML   in   h ea lth ca r e  d iag n o s tics .   Dee p   lear n in g   n o w  d o m in ate s   E C G  ar r h y th m ia  class if icat io n .   C NNs  lear n   h ier ar ch ical   tem p o r al  f ea tu r es  d ir ec tly   f r o m   r aw  b ea ts   o r   f ix ed - len g th   win d o ws  an d   s et  ea r ly   s tate - of - th e - ar t  ( SOTA )   on  Ma s s ac h u s etts   I n s t itu te  o f   T ec h n o lo g y – B eth   I s r ae l  Ho s p i tal  ( MI T - B I H )   an d   r elate d   c o r p o r a   [ 1 5 ] ,  [ 1 6 ] .  R ec u r r en t  m o d els  ( e. g . ,   b i d ir e ctio n al  lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( B iLST M ) )   ca p tu r e  l o n g e r - r an g e  d ep en d en cies  ac r o s s   b ea ts   an d   o f ten   b o o s t  m in o r ity - class   s en s itiv ity   wh en   th e  in p u t  is   f r am ed   as  a  s e q u en ce   [ 1 7 ] .   Mo r e   r ec en tly ,   tr a n s f o r m er   ar ch itect u r es  m o d el   g lo b al   co n tex t   v ia  s elf - atten tio n   o n   co n tin u o u s   E C G  s eg m en ts ,   with   s tr o n g   r esu lts   f o r   r h y th m   d ete ctio n   ( in clu d in g   AF)   with o u t  h an d - c r af ted   s eg m e n tatio n   [ 1 8 ] ,  [ 1 9 ] .   At  clin ical  s ca le,   d ee p   n etwo r k s   h av e  m atch ed   o r   ex ce ed ed   ca r d io lo g is t  p er f o r m an ce   f o r   s in g le - lead   r h y th m   class if icatio n   o n   am b u lato r y   E C Gs  [ 2 0 ]   an d   g en er alize d   t o   1 2 - lea d   clin ical  E C Gs  tr ain ed   o n   m illi o n s   o f   lab eled   ex am s ,   ac h ie v in g   h ig h   F1   an d   >9 9 % sp ec if icity   o n   m u ltip le  ab n o r m alities   [ 2 1 ] .   R eg ar d in g   r ea l - w o r ld   in te g r at io n ,   lar g e   p r ag m atic  s tu d ies  s h o w  f ea s ib ilit y   an d   u tili ty .   T h e  Ap p le   Hea r t  Stu d y   ( n   ≈ 4 1 9 k )   v alid ated   s m ar twatch   ir r eg u lar - p u l s e  n o tific atio n s   with   a   p o s itiv e  p r e d ictiv e  v alu e   ~8 4 %  f o r   AF  wh en   co n f ir m e d   s im u ltan eo u s ly   b y   E C G  p atch   m o n ito r i n g   [ 2 2 ] .   I n   r o u tin e  p r im ar y   ca r e,   an     AI - E C G  d ec is io n - s u p p o r t  to o l  em b ed d ed   in   th e  elec tr o n ic  h ea lth   r ec o r d   ( E HR )   in cr ea s e d   n ew  d iag n o s es  o f   lo w  ejec tio n   f r ac tio n   in   a  clu s ter - r an d o m ized   tr ial  ( 2 2 , 6 4 1   ad u lts )   [ 2 3 ] .   E ar lier   wo r k   also   d em o n s tr ated     AI - E C G  s cr ee n in g   f o r   s y s to lic  d y s f u n ctio n   u s in g   s tan d a r d   1 2 - lea d   E C Gs  in   clin ical   wo r k f lo ws  [ 2 4 ] .  T o g eth er ,   th ese  tr e n d s   m o tiv at e  th e   f o cu s   o n   r o b u s t  im b ala n ce   h an d lin g   ( ad a p tiv e  s y n t h etic  ( ADASYN ) )   an d   en s em b le  lear n er s   as  a  co m p lem en tar y ,   co s t - ef f icie n t  av en u e  wh er e  d ee p   m o d els  ar e  n o t  y et  d ep lo y ed   o r   wh er e  d ataset  s ize,   lab elin g   co s t,  o r   co m p u te  ar e  co n s tr ain ed .   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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 26 :   2 3 9 8 - 2 4 0 9   2400   T h e   p r e c i s e   a n d   p r o m p t   d e t e c tio n   o f   a r r h y t h m i a s   i s   f u n d a m e n t a l   f o r   e f f e c t i v e   cl i n i c al   i n t e r f er e n c e ,   y e t  i t   r e m ai n s   a   s t i m u la t i n g   t a s k   d u e   t o   t h e  c o m p l e x   a n d   v a r i ed   n a t u r e   o f   a r r h y t h m i c  p a tt e r n s   i n   E C G   s i g n a ls .   T r a d i t i o n a l   d i a g n o s t ic   m e t h o d s   a r e   n o t   o n l y   ti m e - c o n s u m i n g   a n d   s u b j e c t  t o   h u m a n   e r r o r   b u t  a l s o   s t r u g g l e  w it h   t h e   c l a s s   i m b a l a n c e   p r e v a le n t  i n   a r r h y t h m i a   d a t a s e ts ,   w h e r e   c e r t a i n   t y p e s   o f   a r r h y t h m i as   a r e   s i g n i f ic a n t l y   u n d e r r e p r e s e n t e d .   T h is   i m b a la n c e   c a n   s e v e r e l y   i m p a i r   t h e  p e r f o r m a n c e   o f   ML   m o d e ls ,   l e a d i n g   t o   b i a s ed   p r e d i c t i o n s   a n d   p o o r   g e n e r a l i za t i o n .   T h e r e f o r e ,   t h e r e   is   a   p r es s i n g   n e e d   f o r   a d v a n c e d   c o m p u t a t i o n a l   a p p r o a c h es  t h a t   c a n   e f f e c ti v e l y   h a n d l e   i m b a l a n c e d   d a t a   a n d   l e v e r a g e   t h e   p o w e r   o f   M L   f o r   r o b u s t   a r r h y t h m i a   c l as s i f i c a ti o n .   B y   i n t e g r at i n g   AD A SY N   a n d   a   c o m p r e h e n s i v e   s u i te   o f   M L   m o d e l s ,   t h is   w o r k   a i m s   t o   o v e r c o m e   t h es e  c h a l l e n g e s ,   p r o v i d i n g   a   m o r e   p r e c i s e ,   r el i a b le ,   a n d   e f f i ci e n t  s o l u t i o n   f o r   a r r h y t h m ia   d e t e ct i o n .   T h i s   n o t   o n l y   b o o s t s   i n d i c a ti v e   ac c u r a c y   b u t  a l s o   h as   t h e   p o t e n t i a l  t o   c o n s i d e r a b l y   i m p r o v e   p a ti e n t   c o n c l u s i o n s   b y   f a ci l it a ti n g   t i m e l y   a n d   a p p r o p r i a t e   m e d i ca l   i n t e r v e n t i o n .   T h e   m ai n   o b je c t i v e   o f   t h e   r es e a r c h   i s   t o   d el i v e r   s o m e  e f f e c ti v e  t e c h n i q u e s   f o r   t h e   cl a s s i f ic a t i o n   o f   a r r h y t h m i a   u s i n g   s e v e r a l   M L   m o d e l s ,   i n   t e r m s   o f   a c c u r ac y   a n d   s p e e d .   T h e   m a i n   c o n t r i b u t i o n s   o f   t h is   s y s t e m   a r e — i n t r o d u c e   a   n o v e l   m e t h o d   f o r   g e n e r a t i n g   s y n t h e t i c   d a t a  t a i l o r e d   s p e c i f i ca l l y   f o r   a r r h y t h m i a   c l as s i f i c at i o n   t as k s .   B y   l e v e r a g i n g   a d a p t i v e   t e c h n i q u es ,   t h e   a p p r o a c h   e n s u r e s   t h a t   t h e  s y n t h et i c  d a t a   c l o s e l y   r e s e m b l es   r e al - w o r l d   a r r h y t h m i a   p a tt e r n s ,   t h e r e b y   e n h a n c i n g   t h e   r o b u s t n es s   a n d   g e n e r a l i z a ti o n   p r o f i c i e n c y   o f   th e   c l a s s i f i c a ti o n   m o d e l .   E v a l u at e   a   r a n g e   o f   S O T A  M L   m o d e ls .   T h r o u g h   r i g o r o u s   e x p e r i m e n t a t i o n   a n d   c o m p a r a ti v e   a n a l y s is ,   t h e   m o s t   s u i t a b l e  a l g o r i t h m ( s )   i s   i d e n t i f i e d   f o r   a c h i e v i n g   o p t i m a l   c l a s s i f ic a t i o n   a c c u r a c y   a n d   p e r f o r m a n c e .   C o n d u c t   c o m p r e h e n s i v e   e x p e r i m e n ts   u s i n g   b e n c h m a r k   a r r h y t h m i a   d a t a s et s   t o   e m p i r i c al l y   v a l i d ate   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   a p p r o a c h .   B y   c o m p a r i n g   t h e   p e r f o r m a n c e   m e t r i c s   s u c h   a s   a c c u r a c y ,   p r e c i s i o n ,   a n d   r e c a l l   w i t h   e x is ti n g   m e t h o d s ,   t h e   s u p e r i o r i t y   o f   t h e   a p p r o a c h   i s   d e m o n s t r a t e d   i n   a cc u r a t e l y   cl a s s i f y i n g   d i f f e r e n t   t y p es   o f   a r r h y th m i a s .   T h e  co n tin u in g   p o r tio n s   o f   p a p er   ar e   s tr u ctu r ed   i n   f o llo win g   s ty l e.   S ec tio n   2   o u tlin es  th e   ap p r o ac h   u s ed   in   th is   p ap er .   Sectio n   3   p r esen ts   th e  f in d in g s   o f   th is   r esear ch .   Sectio n   4   d eliv er s   th e  c o n clu s io n .       2.   P RO P O SE D  M E T H O D   T h e  p r o p o s ed   s y s tem   id en tifie s   wh eth er   a  p er s o n ' s   h ea r t  i s   h ea lth y   o r   s u f f er in g   f r o m   a r r h y th m ia  d is ea s e.   T h e  im p lem en tatio n   o f   th is   s y s tem   h as  b ee n   d o n e  b y   u s in g   Nu m Py ,   Pan d as,  ADASYN,   Gr id Sear ch C V,   an d   Scik it - lear n   lib r ar y .   Fro m   Fig u r e   1 ,   it   c an   b e   s ee n   th at,   a   r o b u s t  f r am ewo r k   is   d ev elo p ed   f o r   ar r h y th m ia  class if icatio n   th at  in co r p o r ates  s ev er al  k ey   s tag es,  in clu d in g   d ata  p r ep r o ce s s in g ,   class   im b alan ce   h an d lin g ,   a n d   ML   m o d el  ap p licatio n .   I n i tially ,   th e  d ataset  u n d er we n t  co m p r e h en s iv e   p r ep r o ce s s in g   to   h an d le  m is s in g   v alu es,  co n f ir m in g   th e   in teg r ity   an d   co m p r eh e n s iv en ess   o f   th e  d ata.   Fo llo win g   th is ,   th e  d ata  was sp lit in to   tr ain in g   an d   test in g   s e ts   to   s im p lify   m o d el  ev al u atio n .           Fig u r e  1 .   W o r k f lo w  o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   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       A d a p tive  s yn th etic - b a s ed   a r r h yth mia   cla s s ifica tio n   u s in g   ma ch in e  lea r n in g   tec h n iq u es ( Md .   R a b iu l  I s la m)   2401   T o   ad d r ess   th e  in h er e n t  class   im b alan ce   in   ar r h y th m ia  d atasets ,   AD ASYN   is   em p lo y ed ,   wh ich   g e n e r a te d   s y n th eti c   s a m p les   f o r   u n d e r r e p r ese n t e d   cl ass es   w it h i n   t h e   tr ai n i n g   s et ,   t h u s   c r ea ti n g   a   m o r e   b ala n c e d   d at ase t.   Su b s e q u e n t ly ,   a  d i v e r s e  a r r a y   o f   M L   m o d els  was  a p p lie d   t o   t h e   b al an ce d   d atas et ,   i n c lu d i n g   lo g is tic   r e g r ess i o n   ( LR ) ,   NB ,   DT ,   R F,   k - n ea r est   n e ig h b o r s   ( KN N ) ,   ML P,   g r a d i en t   b o o s ti n g   ( GB ) ,  a d ap ti v e   b o o s t in g   ( AB ) ,  li g h t  g r a d i e n t  b o o s ti n g   m a c h i n e   ( L GB M ) ,   a n d   e x tr e m e   g r a d ie n t   b o o s t in g   ( X GB ) .   E ac h   m o d el' s   p e r f o r m a n c e  was   r ig o r o u s l y   a s s ess e d   u s i n g   ac c u r ac y ,   p r e cis io n ,   r ec all ,   F 1 - s c o r e,   C o h e n ’ s   Ka p p a  s c o r e ,   an d   Ma th ew’ s   co r r elatio n   co ef f ici en t   ( MCC )   to   d eter m in e   th ei r   ef f ec tiv en ess   in   class if y in g   ar r h y th m ias.  T h is   co m p r eh e n s iv e  m eth o d o l o g y   en s u r ed   a   th o r o u g h   ev alu atio n   o f   d if f er en t   ML   tech n iq u es  in   co n j u n ctio n   with   ad v an ce d   d ata  p r e p r o ce s s in g   a n d   b alan ci n g   s tr ateg ies.     2 . 1 .     Da t a s et   des cr iptio n   T h is   wo r k   u s es  th e  ar r h y t h m ia  d ataset,   is   f o u n d   at  th e  UC I   ML   r ep o s ito r y   [ 2 5 ] .   T h er e  ar e    2 7 9   f ea tu r es  an d   4 5 2   r ec o r d s   th at  m ak e  u p   th e  d ataset.   E ac h   r ec o r d   is   class if ied   in to   o n e  o f   th e  s ix teen   class es ; a   clas s   lab el  o f   1   d esi g n ates r eg u lar   E C G  p atter n s ,   wh ile  a  class   lab el  r an g in g   f r o m   2   to   1 6   d esig n ates   v ar io u s   ar r h y th m ia  k in d s .   I n   th is   r esear ch ,   th e  n o r m al  cl ass   in d icate s   a   r eg u lar   E C G  p atter n   an d   th e  o th er   1 5   class es  in d icate   ca r d iac  ar r h y th m ia.   I t sh o u ld   b e  n o ted   t h at  th e  UC I   ar r h y th m ia  d ataset  d o es n o t p r o v id e  r aw  E C G  wav ef o r m s ,   b u t  in s tead   2 7 9   p r e - ex tr ac t ed   n u m er ical  f ea tu r es  th at   r ep r esen t  v ar io u s   clin ical  an d   s ig n al - d er iv e d   ch ar ac ter is tics .   T h u s ,   th e   s tu d y   is   lim ited   to   wo r k i n g   wit h   th ese  alr ea d y   p r o ce s s ed   f e atu r es,  an d   d id   n o t   p er f o r m   r aw - s ig n al – lev el  p r e p r o ce s s in g   s u ch   as  f ilter in g   o r   b ea t  s eg m en tatio n .   T h is   en s u r es  r ep r o d u cib ilit y   an d   co m p ar a b ilit y   with   p r i o r   wo r k s   u s in g   th e   s am e  d ataset.   Fig u r e  2   d e m o n s tr ates  th e  im b alan ce d   class   d is tr ib u tio n   o f   th e  d ataset.           Fig u r e  2 .   I m b alan ce d   class   d is tr ib u tio n   o f   th e  d ataset       2 . 2 .     Da t a   prepro ce s s ing   Sin ce   th e  d ataset  co m p r is es  ex tr ac ted   f ea tu r es  r at h er   th a n   r aw  E C G  s ig n als,  th e   p r e p r o ce s s in g   f o cu s ed   o n   e n s u r in g   d ata  q u a lity   at  th e  f ea tu r e  lev el.   Miss in g   v alu es  wer e  id en tifie d   an d   m an ag ed ,   wh ile   co lu m n s   with   c o n s tan t  v alu es ( all  0 s   o r   all  1 s )   wer e   r em o v ed   as  n o n - in f o r m ativ e.   All r em ai n in g   f ea t u r es  wer e   n o r m alize d   u s in g   Stan d ar d Scaler   to   ac h iev e  a  co m p a r ab le  r a n g e.     2 . 2 . 1 .   No rma liza t io n   No r m alizin g   o r   s ca lin g   f ea tu r e  v ar iab les  in   s tatis tical  ev alu atio n   an d   ML   is   cr u cial  t o   en s u r e  th at   th ey   p o s s ess   a  co m p ar ab le  r a n g e  an d   d is tr ib u tio n .   Utilizin g   th is   tech n iq u e  m a y   en h an c e  th e  ef f icien cy   o f   ce r tain   alg o r ith m s ,   wh ile  also   f ac ilit atin g   th e  co m p ar is o n   a n d   in ter p r etatio n   o f   co e f f icie n ts   ass o ciate d   with   v ar io u s   ch a r ac ter is tics .   T h e  p r o ce s s   o f   d ata  n o r m aliza tio n   is   ca r r ied   o u t   o n   th e  f ea tu r e  v alu es  u s in g   th e   Stan d ar d Scaler   tech n iq u e  [ 2 6 ] .     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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 26 :   2 3 9 8 - 2 4 0 9   2402   2 . 2 . 2 .   ADASYN   Data   au g m en tatio n   is   a  ML - b ased   ap p r o ac h   u s ed   to   t ac k le  th e  is s u e  o f   class   im b alan ce   in     d atasets   [ 2 7 ] ,  [ 2 8 ] .   C lass   im b alan ce   r ef er s   to   a  s itu atio n   wh er e  o n e  class   in   a  class if icat io n   task   is   g r ea tly   u n b alan ce d   in   th e  d ataset.   ADASYN  u tili ze s   a  d en s ity   d is tr ib u tio n   f u n ctio n   t o   cr ea te  ar tifi cial  r ep r esen tatio n s   o f   th e  m in o r ity   class .   T h e  v al u e  o f   th e  d en s ity   d is tr ib u tio n   eq u atio n   is   ad ju s ted   ac co r d in g   to   th e  d is tr ib u tio n   o f   th e  d ata  p o in ts ,   en ab lin g   m o r e  ac cu r ate  p r o d u ctio n   o f   s y n th etic  s am p les  th at  r esem b le   th e  m in o r ity   class .   Sy n th etic  s am p les  ar e  cr ea ted   f o r   th e  m in o r ity   class   d ata  p o in ts   th at  p r o v id e  ch allen g es  f o r   th e  ML   s y s tem   t o   lear n .   B y   in cr ea s in g   th e  n u m b er   o f   ar tific ial  s am p les  f o r   th e  u n d er r e p r esen ted   class ,   th e  d is p ar ity   with in   th e  class es i s   r ed u ce d ,   en a b lin g   th e  ML   alg o r ith m   t o   m o r e  ef f ec t iv ely   ca teg o r ize  t h e  u n d er r e p r esen ted   class .   T h e  ar r h y th m ia  d ataset  s h o wed   s ev er e  class   im b alan ce ,   with   th e  lar g est  class   ( n o r m al)   h av in g     2 4 5   s am p les  wh ile  s o m e   m i n o r ity   class es  co n tain ed   f ew er   th an   1 0 .   T h is   im b alan ce   ( ≈ 1 2 0 : 1 )   m o tiv ated     th e  u s e  o f   ADASYN.   ADAS YN  is   ap p lied   wi th   k   =5   n ea r est  n eig h b o r s ,   as  r ec o m m en d ed   in   th e  o r ig in al   p ap er   [ 2 7 ] .   Sy n th etic  s am p les  wer e  g en er ated   o n ly   with in   th e  tr ain in g   s et,   an d   th e  o v er s am p lin g   r atio   was  ad ap tiv ely   co n tr o lled   s o   t h at  h ar d er - to - lear n   m in o r ity   s am p le s   co n tr ib u ted   m o r e  n ew  in s tan ce s .     2 . 2 . 3 .   G ridSea rc hCV   I n   th is   s tu d y ,   Gr id Sear ch C V  p lay ed   a   p iv o tal   r o le  in   o p tim izin g   th e  p er f o r m an ce   o f   th e  ML   m o d els   u s ed   f o r   ar r h y th m ia   class if icatio n .   Gr id Sear ch C V  is   a  p o wer f u l   h y p er p ar a m eter   tu n in g   tech n i q u e  t h at  s y s tem atica lly   s ea r ch es  th r o u g h   a  s p ec if ied   g r i d   o f   h y p er p a r am eter s   to   id en tify   th e  o p tim al  co m b in atio n   th at   m ax im izes  m o d el  p er f o r m an c e.   B y   ev alu atin g   ea ch   co m b in atio n   o f   h y p er p a r am eter s   th r o u g h   cr o s s - v alid atio n   ( C V) ,   Gr id Sear ch C V  en s u r es th at  th e  s elec ted   m o d el  co n f ig u r atio n   ac h iev es th e  b est p o s s ib le  p er f o r m an ce   o n   th e  g iv en   d ataset  [ 2 9 ] ,  [ 3 0 ] .   F o r   th is   wo r k ,   5 - f o ld   Gr id Sear ch C V  if   ap p lied   to   f in e - tu n e  t h e  h y p er p ar am eter s   o f   v ar io u s   ML   class if ier s .   E a ch   m o d el  h as  its   o wn   s et  o f   h y p er p ar am eter s   th at  s ig n if ican tly   in f lu en ce   its   p er f o r m an ce .   T h e  a p p licatio n   o f   Gr id Sear ch C V  in v o lv e d   d ef i n in g   a  p a r am eter   g r id   f o r   ea ch   class if ier ,     wh ich   in clu d ed   a  r an g e  o f   p o s s ib le  v alu es  f o r   ea ch   h y p e r p ar am eter .   T h e  to o l  th en   co n d u cted   an   ex h au s tiv e  s ea r ch   o v e r   th e   g r i d   b y   f itti n g   an d   ev alu atin g   th e   m o d el  f o r   ea ch   co m b in atio n   o f   h y p er p a r am eter s   u s in g   C V.   T h e  C V  p r o ce s s   in v o lv ed   s p litt in g   th e  tr ain in g   d ata  in to   s ev er al  f o l d s ,   tr ain in g   th e   m o d el  o n   s o m e  f o ld s     wh ile  v alid atin g   it  o n   th e   r e m ain in g   f o ld ,   an d   th en   av e r a g in g   t h e  r esu lts   to   en s u r e   r o b u s t  an d   u n b iased   p er f o r m an ce   esti m ates.     2 . 3 .     Use o f   m a chine le a rnin g   a lg o rit h m s   Ar r h y th m ia   class if icatio n   h as   b ee n   ex p lo r ed   u s in g   v a r io u s   ML   m o d els,   s u ch   as  L R   [ 3 1 ] ,   NB   [ 3 2 ] ,  DT   [ 3 3 ] ,   R F  [ 3 4 ] ,   KNN  [ 3 5 ] ,   ML P  [ 3 6 ] ,   GB   [ 3 7 ] ,   AB   [ 3 8 ] ,   L GB M  [ 3 9 ] ,   a n d   XGB  [ 4 0 ] .   E v er y   m eth o d   h as  d is tin ct  ad v an tag es a n d   d is ad v an tag es,  an d   th e  s elec tio n   o f   a n   alg o r ith m   [ 4 1 ]   is   co n tin g e n t  u p o n   t h e  p ar ticu lar   d ataset  an d   class if icatio n   is s u e.   T o   o p tim ize  m o d el  p er f o r m an ce ,   Gr id Sear c h C V  is   ap p l ied   with   5 - f o ld   C V   ac r o s s   all  class if ier s .   Fo r   ea ch   m o d el,   a   g r id   o f   h y p e r p ar am eter   v alu es  was  s y s tem atica ll y   ex p lo r ed ,   a n d   th e   co n f ig u r atio n   y ield in g   th e  b e s t  cr o s s - v alid ated   ac cu r ac y   w as  s elec ted .   T ab le  1   s u m m ar i ze s   b o th   th e   test ed   p ar am eter   r a n g es a n d   th e  f in al   ch o s en   v alu es.       T ab le  1 .   Hy p er - p a r am eter s   an d   test ed   r an g es f o r   ML   m o d els   M o d e l   H y p e r - p a r a met e r ( s)   Te st e d   r a n g e   S e l e c t e d   v a l u e   LR   max _ i t e r ,   C   max _ i t e r   { 5 0 0 ,   1 0 0 0 },  C   { 0 . 1 ,   1 ,   1 0 }   max _ i t e r   = 1 0 0 0 ,   C   =1   NB   v a r _ smo o t h i n g   {1 e - 9 ,   1 e - 8 ,   1 e - 7}   1e - 9   DT   max _ d e p t h   {5 ,   1 0 ,   1 5 }   10   RF   n _ e st i ma t o r s ,   ma x _ d e p t h   n _ e st i ma t o r s   {1 0 0 ,   2 0 0 ,   3 0 0 },   ma x _ d e p t h   {N o n e ,   1 0 ,   2 0 }   n _ e st i ma t o r s   = 2 0 0 ,   ma x _ d e p t h   = N o n e   K N N   n _ n e i g h b o r s   {3 ,   5 ,   7 ,   9 }   5   M LP   h i d d e n _ l a y e r _ si z e s,   max _ i t e r   h i d d e n _ l a y e r _ si z e s {( 5 0 , ) ,   ( 1 0 0 , ) } ,   max _ i t e r   { 5 0 0 ,   1 0 0 0 }   h i d d e n _ l a y e r _ si z e s   = ( 5 0 , ) ,   ma x _ i t e r   = 1 0 0 0   GB   n _ e st i ma t o r s ,   l e a r n i n g _ r a t e   n _ e st i ma t o r s   {5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0 } ,   l e a r n i n g _ r a t e   {0 . 0 5 ,   0 . 1 ,   0 . 2 }   n _ e st i ma t o r s   = 2 0 0 ,   l e a r n i n g _ r a t e   = 0 . 1   AB   n _ e st i ma t o r s ,   l e a r n i n g _ r a t e   n _ e st i ma t o r s   {5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0 } ,   l e a r n i n g _ r a t e   {0 . 0 5 ,   0 . 1 ,   0 . 2 }   n _ e st i ma t o r s   = 2 0 0 ,   l e a r n i n g _ r a t e   = 0 . 1   LG B M   n _ e st i ma t o r s ,   n u m _ l e a v e s   n _ e st i ma t o r s   {5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0 } ,   n u m _ l e a v e s  {3 1 ,   6 3 }   n _ e st i ma t o r s   = 5 0 ,   n u m _ l e a v e s   = 3 1   XGB   n _ e st i ma t o r s ,   ma x _ d e p t h ,   l e a r n i n g _ r a t e   n _ e st i ma t o r s   {5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0 } ,   ma x _ d e p t h   {3 ,   6 },   l e a r n i n g _ r a t e   { 0 . 0 5 ,   0 . 1 }   n _ e st i ma t o r s   = 5 0 ,   m a x _ d e p t h   = 3 ,   l e a r n i n g _ r a t e   = 0 . 1       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   Du r in g   th e   tr ain in g   p r o ce s s ,   th e  m o d els  wer e   tr ain ed   o n   th e  tr ain in g   d ata  u s in g   CV   t o   p r e v en t  o v er f itti n g .   T h e  tr ai n in g   o f   th e  ML   m o d els  h as  b ee n   d o n e  u s in g   CV ,   an d   e v alu atin g   t h e  p er f o r m an ce   o f   th e   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       A d a p tive  s yn th etic - b a s ed   a r r h yth mia   cla s s ifica tio n   u s in g   ma ch in e  lea r n in g   tec h n iq u es ( Md .   R a b iu l  I s la m)   2403   m o d els  u s in g   test in g   d ata.   I n   th is   s tu d y ,   th e   d ataset  was  s p lit  in to   8 0 - 2 0 %  f o r   tr ain in g   an d   test in g ,   r esp ec tiv ely ,   an d   th e  tr ain e d   m o d els we r e  ev alu ated   u s in g   t h e  test   d ata.     Fig u r e  3   s u m m ar izes  th e  co m p ar ativ e  p er f o r m an ce   o f   th e  ML   m o d els  ac r o s s   s ix   ev alu at io n   m etr ics.  E n s em b le  class if ier s   s u ch   as  XGB,  G B ,   L GB M,   an d   R F  ac h iev ed   th e  h ig h est  s co r es,  ea c h   r ec o r d in g   9 7 %  f o r   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   a n d   F1 - s co r e ,   with   s tr o n g   a g r ee m en t  in d ices  ( MCC   =0 . 9 0 - 0 . 9 6   an d   C o h en ’ s   Kap p a  =0 . 9 1 - 0 . 9 5 ) ,   c o n f ir m i n g   th eir   r o b u s tn ess .   DT   f o llo wed   clo s ely   with   9 5 %  ac r o s s   all  f o u r   p r im ar y   m etr ics  an d   s o lid   ag r ee m en t   ( MCC   =0 . 9 4 ,   Kap p a  = 0 . 9 2 ) .   L R   an d   ML P  m ain tain ed   b alan ce d   p e r f o r m an ce   at   9 4 %  with   MCC   v alu es  o f   0 . 9 3   a n d   0 . 8 8 ,   an d   Kap p a   s co r es  o f   0 . 9 0   an d   0 . 8 6 ,   r esp e ctiv ely .   KNN  also   p er f o r m ed   r eliab ly   with   9 3 - 9 4 %  an d   h ig h   ag r ee m e n t  ( MCC   =0 . 9 0 ,   Kap p a  =0 . 9 2 ) .   I n   co n t r ast,  NB   p r o d u ce d   o n ly   m o d er ate  r esu lts   ( 8 1 - 8 2 %,  MC C   =0 . 7 8 ,   Kap p a  =0 . 7 5 ) ,   wh ile  AB   u n d er p er f o r m ed   s ig n if ican tly ,   r ea c h in g   ju s t  2 4 %  ac cu r ac y   an d   a n   MCC   o f   0 . 0 2   with   a  Kap p a  o f   0 . 0 8 .   T h ese  f in d in g s   clea r ly   h ig h l ig h t  th e  s u p er i o r ity   o f   en s em b le - b ased   m o d els in   ar r h y th m ia  class if icatio n   co m p ar ed   to   t r ad itio n al  class if ier s .     T o   v alid ate  th e  s ig n if ican ce   o f   m o d el  p er f o r m an ce   d if f er en ce s ,   p air ed   t - test s   wer e  p er f o r m ed   co m p ar in g   AB   with   th e  to p - p er f o r m in g   m o d els.  T h e  r esu lts   co n f ir m e d   th at  AB ’ s   ac cu r ac y   was  s ig n if ican tly   lo wer   ( p   <0 . 0 1   in   all  ca s es).   Sp ec if ically ,   co m p ar is o n s   y ield ed :  R F  v s   AB   ( t  = - 1 4 8 . 6 0 ,   p   =1 . 2 3 ×1 0 ⁻⁸) ,     GB   v s   AB   ( t  = - 1 4 8 . 6 0 ,   p   =1 . 2 3 ×1 0 - 8 ) ,   L GB M  v s   AB   ( t  = - 1 4 1 . 9 9 ,   p   = 1 . 4 8 × 1 0 - 8 ) ,   an d   XGB  v s   AB     ( t  = - 1 9 4 . 5 7 ,   p   =4 . 1 9 × 1 0 - 9 ) .   T h e  test s   r ev ea led   s tati s tical ly   s ig n if ican t  d if f er en ce s   ( p   <0 . 0 1 ) ,   ap p r o v i n g   th at  AB ’ s   m ar k ed ly   lo wer   ac cu r ac y   ( 2 4 %)  is   n o t  d u e  to   r an d o m   v ar iatio n   b u t   r ep r esen ts   a  g e n u in e  p er f o r m an ce   g ap .   T ab le  2   s h o ws  th e  an al y s is   b y   r ep o r tin g   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  ( C I )   f o r   th e  ac cu r ac y   d if f e r en ce s   b etwe en   AB   an d   th e  t o p - p e r f o r m in g   m o d els  ( R F,  GB ,   L GB M,   an d   XGB).   All  CI   ex clu d e  ze r o .   T h is   r ein f o r ce s   o u r   c o n clu s io n   t h a t  AB ’ s   p o o r   p e r f o r m an ce   is   i n h er en t  t o   its   s en s itiv ity   u n d er   ADASYN - b ased   o v er s am p lin g ,   wh ile  en s em b le   m eth o d s   m ain tain   s tab le  a n d   s u p er io r   ac cu r ac y .           Fig u r e  3 .   Per f o r m an c es o f   ML   m o d els       T ab le  2 .   Pair ed   t - test   r esu lts   with   9 5 %  CI   ( AB   v s .   to p   m o d el s )   C o m p a r i so n   t - v a l u e   p - v a l u e   9 5 %  C I   o f   a c c u r a c y   d i f f e r e n c e   R F   v s AB   - 1 4 8 . 6 0   1 . 2 3 × 1 0 - 8   [ 0 . 7 1 ,   0 . 7 5 ]   G B   v s   A B   - 1 4 8 . 6 0   1 . 2 3 × 1 0 - 8   [ 0 . 7 1 ,   0 . 7 5 ]   LG B M   v s   A B   - 1 4 1 . 9 9   1 . 4 8 × 1 0 - 8   [ 0 . 7 0 ,   0 . 7 4 ]   X G B   v s   A B   - 1 9 4 . 5 7   4 . 1 9 × 1 0 - 9   [ 0 . 7 2 ,   0 . 7 6 ]       Fig u r e   4   p r es en ts   th e   a r e a   u n d er   t h e   cu r v e   ( AUC ) - r ec e iv er   o p e r a ti n g   ch ar ac te r is ti c   ( R OC )  o f   th e   ML   m o d els,   wh er e   e n s e m b l e   m et h o d s   ac h i ev ed   t h e   b est   p er f o r m an ce .   XGB   att ai n e d   t h e   h i g h est   A UC   ( 0 . 9 9 ) ,   f o ll o we d   c lo s el y   b y   L GB M   a n d   GB   ( 0 . 9 8   e ac h ) ,   w h il e   R F   al s o   p er f o r m ed   s t r o n g ly   w it h   0 . 9 7 .   M o d e r ate   r es u lts   wer e  o b s e r v ed   f o r   D T   ( 0 . 9 4 ) ,   KNN  ( 0 . 9 2 ) ,   ML P  ( 0 . 9 1 ) ,   an d   L R   ( 0 . 8 8 ) ,   w h e r e as  N B   s h o we d   w ea k e r   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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 26 :   2 3 9 8 - 2 4 0 9   2404   d is c r i m i n a ti o n   ( 0 . 8 2 ) .   I n   c o n t r ast,   AB   p e r f o r m e d   p o o r ly   w it h   a n   AUC   o f   o n ly   0 . 3 0 ,   co n f i r m in g   its   i n s t a b ili ty   wit h   ADAS YN  b a la n ci n g .   T h ese  f i n d i n g s   e m p h asiz e  t h e  r o b u s tn ess   o f   e n s e m b le - b ase d   cl ass i f i er s   f o r   ar r h y th m i a  c lass i f i ca t io n .   Fi g u r e  5   ill u s t r a tes  th e  co n f u s i o n   m at r i x   f o r   t h e   R F  m o d e l  w h i c h   p e r f o r m e d   b es t  i n   th e   a f o r e m e n ti o n e d   m e tr ics   i n   class i f y i n g   v a r i o u s   h e a r t  c o n d i tio n s .   T h e  m a tr ix   d e m o n s t r ate s   t h e   t r u e  p o s it iv es,   f als e   p o s i ti v es ,   f alse   n e g ati v es ,   a n d   tr u e   n e g ati v es   f o r   ea c h   h ea r t   c o n d iti o n ,   w it h   c o l o r   i n t e n s it y   r e f le cti n g   t h e   n u m b e r   o f   i n s t an ce s   f o r   e ac h   c lass i f i ca ti o n .   T h e   d ia g o n al   ele m e n ts ,   s u ch   as   6 7   f o r   “ n o r m al ”   an d   8 2   f o r     “ r i g h t   b u n d l e   b r an ch   b l o ck , ”   h i g h li g h t   t h e   R F   m o d e l’ s   s tr o n g   p er f o r m a n ce   i n   c o r r ec t ly   c lass i f y in g   t h e   m o s t   co m m o n   c o n d iti o n s .   H o we v er ,   s o m e  m is cl ass i f ic ati o n s   a r e   v is ib le ,   p a r ti cu la r l y   f o r   “ le f t  b u n d le  b r a n c h   b l o ck ”   ( 5 6   m is class if i e d   i n s ta n ce s )   a n d   “ AF   o r   f l u t te r ”   ( 3   m is cl ass i f icat io n s ) .   Des p it e  t h es e  m is c la s s if i ca t io n s ,   t h e  R F   m o d el   ac h i e v es   h i g h   ac cu r a c y   i n   p r ed ict in g   t h e   m aj o r it y   o f   c o n d iti o n s ,   w it h   ce r t ai n   less   f r e q u en t   ca te g o r ies   s h o wi n g   r o o m   f o r   f u r t h er   i m p r o v e m e n t .           Fig u r e  4 .   AUC - R OC   cu r v e  o f   th e  ML   m o d els           Fig u r e  5 .   C o n f u s io n   m atr i x   f o r   th e  b est ( R F)  m o d el   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       A d a p tive  s yn th etic - b a s ed   a r r h yth mia   cla s s ifica tio n   u s in g   ma ch in e  lea r n in g   tec h n iq u es ( Md .   R a b iu l  I s la m)   2405   Fig u r e  6   s h o ws  th e  p r e d ictio n   p r o b ab ilit ies  f o r   a  s p ec if ic   in s tan ce ,   h ig h lig h tin g   th e   m o d e l’ s   o u tp u t   f o r   th e  p r e d icted   class   ( 4 )   with   a  p r o b ab ilit y   o f   0 . 9 9 .   T h e  tab le  o n   th e  r ig h t lis ts   th e  v alu es o f   k ey   f ea tu r es th at   m o s t  in f lu en ce   th e  p r ed ictio n .   Fo r   in s tan ce ,   f ea tu r e   1 2 4   ( with   a  v alu e  o f   3 6 . 0 0 )   h as  t h e  m o s t  s ig n if ican t   im p ac t  o n   th e  p r e d ictio n ,   wh il e  f ea tu r es  s u ch   as  2 7 6   an d   1 9 6   also   co n tr ib u te  s u b s tan tially .   T h is   v is u aliza tio n   d em o n s tr ates  th e  in ter p r etab il ity   o f   th e  m o d el,   o f f e r in g   in s ig h ts   in to   wh ich   f e atu r es  d r iv e  th e  class if icatio n   d ec is io n   f o r   t h is   s p ec if ic  ca s e.   T ab le  3   d em o n s tr ates  th e  co m p ar ativ e  a n aly s is   o f   th e  p r o p o s ed   wo r k   with   th e   p r ev io u s   wo r k s .   T h e   r esu lts   o f   th is   s tu d y   d em o n s tr ate  a  s ig n if ican t  im p r o v em en t in   th e  f ield   o f   ar r h y th m ia  class if icatio n   co m p ar ed   to   p r ev i o u s   wo r k s .   B y   ad d r ess in g   th e  class   im b alan ce   p r o b lem   u s in g   ADASYN   an d   lev e r ag in g   a   co m p r eh e n s iv e  s u ite  o f   ML   m o d els,  s u p er io r   class if icatio n   p er f o r m an ce   was  ac h ie v ed .   I n   p r e v io u s   wo r k s ,   class if ier s   s u ch   as  PC A  with   SVM  an d   R F  ac h iev ed   ac cu r ac i es  o f   9 1 . 2 %  [ 2 ]   an d   8 9 %  [ 7 ] ,   r esp ec tiv ely ,   wh ile  NB   r ep o r ted   a  lo wer   ac cu r ac y   o f   8 5 %  [ 3 2 ] .  GB   m o d els  l ik e  XGB  an d   AB   y ield ed   h ig h er   ac cu r a cies  o f   9 5 . 6 5 %  [ 3 7 ]   an d   9 4 . 1 5 %  [ 3 8 ] ,   r esp ec tiv ely ,   d em o n s tr atin g   th eir   s tr o n g   p r e d ictiv e  ca p ab ilit y .   Ho wev er ,   R F  alo n e  in   p r e v io u s   wo r k   p er f o r m ed   at  a  s u b o p tim al  lev el  wi th   8 4 %  [ 4 2 ]   ac cu r ac y .   I n   c o n tr ast,  th e   p r o p o s ed   m eth o d o l o g y   u s in g   ADASYN   s ig n if ican tly   b o o s ts   th e  p er f o r m an ce   o f   s ev er al   m o d els.  Fo r   in s tan ce ,   R F,  GB ,   L GB M,   an d   XGB   all  ac h iev ed   an   im p r ess iv e  ac cu r ac y   o f   9 7 %.  T h is   m ar k s   a  s u b s tan tia l  im p r o v em en t  o v er   th eir   co u n ter p ar ts   in   p r ev io u s   wo r k s ,   p ar ticu lar ly   f o r   R F,  wh ich   im p r o v e d   f r o m   8 4 %  to   9 7 %,  h ig h lig h tin g   th e   im p ac t o f   ad d r ess in g   th e  class   im b alan ce   is s u e.           Fig u r e  6 .   Pre d ictio n   an aly s is   u s in g   lo ca l in ter p r etab le   m o d el - ag n o s tic  ex p lan atio n s   ( LIME )   f o r   R F m o d el       T ab le  3 .   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   o f   th e  p r o p o s ed   wo r k   with   ex is tin g   wo r k s   R e f e r e n c e   M e t h o d   u se d   A c c u r a c y   ( %)   [ 2 ]   P C A + S V M   9 1 . 2   [ 7 ]   P C A + R F   89   [ 3 2 ]   NB   85   [ 3 7 ]   XGB   9 5 . 6 5   [ 3 8 ]   AB   9 4 . 1 5   [ 4 2 ]   RF   84   P r o p o se d   w o r k   A D A S Y N + R F   97   A D A S Y N + G B   97   A D A S Y N + LB G M   97   A D A S Y N + X G B   97       Ad d itio n ally ,   DT   an d   L R   m o d els  in   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   also   p er f o r m e d   well,   ac h iev in g   9 5 %   an d   9 4 %  ac cu r ac y ,   r esp ec tiv ely ,   wh ich   is   s u p er io r   to   m o s t  p r ev io u s   ap p r o ac h es.  I n te r e s tin g ly ,   wh ile  m o s t   class if ier s   in   th e   p r o p o s ed   wo r k   p er f o r m ed   ex ce p tio n ally ,   NB   ex p er ien ce d   a  d r o p   in   p e r f o r m a n ce ,   with   an   ac cu r ac y   o f   8 1 %.  T h is   is   lik el y   d u e  to   NB ’ s   ass u m p tio n   o f   f ea tu r e  in d ep e n d en ce ,   wh ic h   m ay   n o t h o ld   tr u e  f o r   th e  co m p lex   p atter n s   p r esen t  in   ar r h y th m ia  d ata.   Fu r th er m o r e,   KNN  p er f o r m e d   r ea s o n a b ly   well,   with   9 3 %   ac cu r ac y ,   alth o u g h   it  d i d   n o t  r ea ch   th e   s am e  h ig h   lev el   as  o th er   m o d els  lik e  R F  o r   GB .   On e  n o tab le   o b s er v atio n   is   th e  p o o r   p er f o r m an ce   o f   AB   in   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k ,   wh ich   r esu lted   in   a  s ig n if ican tly   lo w  ac cu r ac y   o f   2 4 %.  T h is   s h ar p   d ec lin e  co m p ar e d   to   p r i o r   wo r k   ( 9 4 . 1 5 %)  s u g g ests   th at  AB   m ay   b e  p ar ticu lar l y   s en s itiv e  to   th e  s y n th etic  s am p les g en er ated   b y   ADASYN,   lead in g   to   o v er f itti n g   o r   i n ef f ec t iv e  lear n in g .   A  d r awb ac k   o f   th is   wo r k   is   th e  r estricte d   v ar iab ilit y   o f   th e  UC I   ar r h y th m ia  d ataset.   R ea l - wo r ld   E C G  r ec o r d in g s   ar e  in f lu en ce d   b y   n o is e,   b aselin e  d r if t,  elec tr o d e  p lace m en t,   an d   d e v ice - s p ec if ic  ar tifa cts.  I n   ad d itio n ,   p atien t  p o p u latio n s   d if f er   b y   ag e,   c o m o r b id ities ,   an d   eth n icity ,   wh ic h   m ay   af f ec t  E C G  m o r p h o lo g y   an d   ar r h y th m ia  ex p r ess io n .   B ec au s e  th is   d ataset  lack s   s u ch   d iv er s ity ,   t h e  r esu lts   m ay   n o t   f u lly   g en er alize   t o   h eter o g en e o u s   clin ical  p o p u latio n s .   Ov er all,   th e   p r o p o s ed   a p p r o ac h   h as  d em o n s tr ated   th at  th e  in teg r atio n   o f   ADASYN  with   ML   m o d els,   p ar ticu lar ly   en s em b le   m eth o d s   lik e  R F,  G B ,   an d   XG B ,   is   h ig h ly   ef f ec tiv e  f o r   ar r h y th m ia  class if icatio n .   T h e   ab ilit y   to   h a n d le  im b alan ce d   d atasets   with   ADASY N  co n tr ib u ted   to   s u p er io r   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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 26 :   2 3 9 8 - 2 4 0 9   2406   class if icatio n   p er f o r m an ce ,   m ak in g   th is   m eth o d o lo g y   m o r e  r eliab le  f o r   r ea l - w o r ld   m ed ical  ap p licatio n s   co m p ar ed   to   ea r lier   a p p r o ac h e s .   B ey o n d   alg o r ith m ic  ev al u atio n ,   an   im p o r tan t  co n s id er atio n   is   clin ical  ap p licab ilit y .   W h ile   th is   s tu d y   em p lo y ed   th e   UC I   ar r h y th m i a  d ataset  o f   p r e - ex tr ac te d   f e atu r es,  th e   p r o p o s ed   f r am ew o r k   ca n   b e  r ea d il y   ad ap ted   f o r   r ea l - tim e  u s e.   E C G  d ev ices  s u ch   as  wea r a b le  p atch es,  Ho lter   m o n ito r s ,   a n d   s m ar twatch es  ca n   co n tin u o u s ly   r ec o r d   r aw  E C G  s ig n als,  wh ich   ar e   th en   t r an s f o r m ed   i n to   n u m er ical  f ea t u r es  th r o u g h   e m b ed d ed   s ig n al  p r o ce s s in g   m o d u les.  T h ese  f ea tu r es  co u ld   b e  d ir ec tl y   f ed   in to   th e   ADASYN+ ML   p ip elin e,   en a b lin g   r ea l - tim e  class if icatio n   o f   ar r h y th m ias  at  th e  p o in t  o f   ca r e.   I n   h o s p ital  s ettin g s ,   in teg r atio n   with   E HR   s y s tem s   co u ld   p r o v i d e  clin ician s   with   au to m ated   aler ts   d u r i n g   p atien t  m o n ito r in g ,   im p r o v in g   e ar ly   d etec tio n   an d   d iag n o s is .   Fu r th er m o r e,   th is   f r am ewo r k   is   co m p u tatio n ally   lig h tweig h t  co m p ar e d   to   d ee p   lear n in g   m eth o d s ,   m ak in g   it  f it  f o r   d ep lo y m en t   o n   p o r tab le   o r   lo w - p o wer   d e v ices.  C h allen g es  f o r   clin ical   tr an s latio n   r em ain ,   in clu d in g   t h e  n ee d   f o r   p r o s p ec tiv e  v alid atio n   o n   r aw  E C G  s ig n als,  en s u r in g   in ter p r eta b ilit y   o f   m o d el  o u tp u ts ,   an d   ad d r ess in g   r eg u lato r y   an d   eth ical  is s u es  r elate d   to   d ata  p r iv ac y   a n d   s af ety .   Nev e r th el ess ,   th ese  s ce n ar io s   h ig h lig h t th e   r ea l - wo r ld   p o ten t ial  o f   th is   ap p r o ac h   to   c o m p le m en t e x is tin g   clin ical  wo r k f lo ws.    An   ad d itio n al  co n s id er atio n   i s   th e  f ea s ib ilit y   o f   d ep lo y m e n t  o n   ed g e  d e v ices.  B ec au s e  th e   m o d els  ar e  b ased   o n   lig h tweig h t M L   a lg o r ith m s ,   th ey   ca n   b e  in te g r at ed   in to   m o b ile  E C G  m o n ito r s ,   wea r ab le  d ev ices,   o r   b e d s id e  h o s p ital  m o n ito r s   with o u t  r e q u ir in g   h i g h - p e r f o r m a n ce   g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n it s   ( GPUs ) .  E m b ed d e d   p r o ce s s o r s   ( e. g . ,   ad v an ce d   R I SC   m ac h in es  ( AR M ) - b ased   ch ip s   in   s m ar t watc h es  o r   Ho lter   m o n ito r s )   ca n   e x ec u te  s u ch   m o d els  in   r ea l  tim e,   e n ab lin g   co n tin u o u s   m o n ito r in g   an d   ea r ly   a r r h y th m ia   d etec tio n   at  th e  p atien t’ s   s id e.   I n   h o s p ital  wo r k f l o ws,  in teg r atio n   with   m o n ito r in g   s y s tem s   o r   E HR - lin k e d   aler ts   co u ld   s u p p o r t  clin ician s   b y   p r o v id in g   a u to m ated   r is k   s tr atif icatio n   alo n g s id e  r o u t in e  E C G  r ec o r d in g .   Mo r eo v er ,   wh ile  t h e   e x p er im en ts   u s ed   th e   UC I   ar r h y th m i a  d ataset,   f u t u r e  w o r k   s h o u ld   ex ten d   to   ex ter n a l   v alid atio n   o n   wid ely   u s ed   b e n ch m ar k   d atasets   s u ch   as  MI T - B I H,   p u lm o n ar y   tu b er c u lo s is   ( PTB )   d iag n o s tic  E C G,   Ph y s io Net  ch allen g e  d atasets   o r   o n   p r o s p ec tiv ely   co llected   h o s p ital  E C G  d ata.   S u ch   ex ter n al  test in g   will b e  cr itical  to   en s u r e  g e n er aliza b ilit y   ac r o s s   p o p u latio n s ,   d ev ice  s ettin g s ,   an d   n o is e  en v i r o n m en ts .       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r o p o s ed   a n   en h a n ce d   f r am ewo r k   f o r   ar r h y th m ia   class if icatio n   th at  ad d r ess es  th e  cr itical  is s u e  o f   clas s   im b alan ce   u s in g   ADASYN   co m b in ed   with   a  co m p r eh e n s iv e  s et  o f   ML   a lg o r ith m s .   T h r o u g h   r ig o r o u s   ex p er im e n tatio n ,   t h e   ef f ec tiv en ess   o f   t h is   ap p r o a c h   was  d em o n s tr ated   ac r o s s   m u ltip le  class if ier s ,   ac h iev in g   s u b s tan tial  im p r o v em en ts   in   ac cu r ac y   co m p a r e d   to   p r e v io u s   wo r k s .   No tab l y ,   en s em b le  m o d els  s u ch   as  R F,  GB ,   L GB M,   an d   XGB  ac h iev ed   an   o u ts ta n d in g   ac cu r ac y   o f   9 7 %,  m a r k in g   a  s ig n if ican t   en h an ce m e n t  o v er   p ast  r esu lts .   Oth er   m o d els,  in clu d in g   DT   ( 9 5 %),   L R   ( 9 4 %),   an d   ML P  ( 9 4 %),   also   s h o wed   s tr o n g   p er f o r m a n ce ,   u n d er s co r in g   th e  r o b u s tn ess   o f   th e   m eth o d o l o g y .   Desp ite  th e  o v er all  s u cc ess ,   s o m e  m o d els  lik e   NB   an d   KNN  u n d er p er f o r m ed   r elativ e   to   o th er s ,   ac h iev in g   8 1 %  an d   9 3 %  ac c u r ac y ,   r esp ec tiv ely .   Mo r eo v er ,   AB   ex h ib ited   a n   u n ex p ec ted ly   lo w  ac c u r ac y   o f   2 4 %,  s u g g esti n g   th at  it   m ay   n o t  b e   well - s u ited   f o r   d atasets   with   s y n th etic  s am p les  g en er ated   b y   ADASYN.   T h e  r esu lts   o f   th is   s tu d y   d em o n s tr ate  th e  im p o r tan ce   o f   ad d r ess in g   class   im b alan c e  in   a r r h y t h m ia  class if icatio n   task s ,   an d   th e   in teg r atio n   o f   ADASYN  with   ad v an ce d   ML   tec h n iq u es  p r o v ed   to   b e  a  h ig h ly   e f f ec tiv e  s o lu tio n .   T h is   wo r k   o u t p er f o r m s   p r io r   s tu d ies  an d   s ets a  n ew  b en ch m ar k   f o r   ar r h y th m ia  d etec tio n   an d   class if icatio n .   Fu tu r e  r esear ch   will f o c u s   o n   v alid atin g   th e  f r am ewo r k   u s in g   r aw  E C G  s i g n als  f r o m   wea r ab le   an d   clin i ca l  m o n ito r i n g   d ev ices,  e x p lo r in g   a d d itio n al  d ata  r esam p lin g   tech n iq u es;  f u r th e r   r ef in in g   m o d el  o p tim izatio n ,   an d   test in g   th e  p r o p o s ed   f r a m ewo r k   in   r ea l - tim e  clin ical  s ettin g s   to   en h an ce   its   ap p licab ilit y   in   ca r d iac  ca r e   d iag n o s tics .   Fu tu r e  r esear ch   will  also   f o cu s   o n   d ep lo y in g   th e  f r a m ewo r k   o n   e d g e  d ev ices  s u ch   as  wea r ab le  E C G  m o n ito r s   an d   h o s p ital  b e d s id e  u n its .   Giv en   th e  r elativ ely   lo w  c o m p u tatio n al  f o o tp r in t  o f   t h is   ap p r o ac h ,   r ea l - tim e  in f er en ce   o n   p o r tab le  d ev ices  is   f ea s ib le.   I n   a d d itio n ,   v alid atio n   o n   ex ter n al   b en c h m ar k   d atas ets  an d   u n s ee n   h o s p ital  d ata   will  b e  p r io r itized   to   co n f ir m   r o b u s tn ess   an d   clin ical  u tili ty .   I t   is   also   ac k n o wled g ed   th at  th e   UC I   d ataset  u s ed   h er e   lack s   th e   v ar iab ilit y   an d   p atien t   d iv er s ity   en co u n ter ed   in   r ea l - wo r l d   p r ac tice.   E x ten d in g   t h e  f r am ewo r k   t o   lar g e r ,   h eter o g en e o u s   d atasets   will b e  ess en tial f o r   en s u r in g   clin ical  r eliab ilit y .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h e  au th o r s   r ec eiv ed   n o   f u n d i n g   f o r   th is   r esear ch .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .   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       A d a p tive  s yn th etic - b a s ed   a r r h yth mia   cla s s ifica tio n   u s in g   ma ch in e  lea r n in g   tec h n iq u es ( Md .   R a b iu l  I s la m)   2407   Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Md .   R ab iu l I s lam   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓       ✓   ✓         ✓   ✓   T ap an   Ku m a r   Go d d e r     ✓     ✓     ✓   ✓       ✓     ✓   ✓     Ah s an - Ul - Am b ia     ✓     ✓     ✓   ✓       ✓     ✓       Fer d ib - Al - I s lam   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓         ✓   ✓   ✓     ✓     B u lb u l A h am ed   ✓     ✓       ✓   ✓     ✓           ✓   An in d y a  Nag   ✓   ✓   ✓           ✓   ✓     ✓         Ar if u l I s lam           ✓   ✓   ✓       ✓     ✓     ✓     C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h e  au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h e  d ata  u s ed   in   th is   s tu d y   ar e  av ailab le  in   UC I   ML   r ep o s ito r y   at  h ttp s ://d o i.o r g /1 0 . 2 4 4 3 2 /C 5 B S3 2 ,   r ef er en ce   [ 2 5 ] .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   S .   K .   B e r k a y a ,   A .   K .   U y sa l ,   E .   S .   G u n a l ,   S .   Er g i n ,   S .   G u n a l ,   a n d   M .   B .   G u l m e z o g l u ,   “ A   s u r v e y   o n   E C G   a n a l y si s , ”   B i o m e d i c a l   S i g n a l   Pr o c e ssi n g   a n d   C o n t ro l ,   v o l .   4 3 ,   p p .   2 1 6 – 2 3 5 ,   M a y   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . b s p c . 2 0 1 8 . 0 3 . 0 0 3 .   [ 2 ]   P .   S h i mp i ,   S .   S h a h ,   M .   S h r o f f ,   a n d   A .   G o d b o l e ,   “ A   m a c h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h   f o r   t h e   c l a ssi f i c a t i o n   o f   c a r d i a c   a r r h y t h mi a , ”   i n   2 0 1 7   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o m p u t i n g   M e t h o d o l o g i e s  a n d   C o m m u n i c a t i o n   ( I C C M C ) ,   Ju l .   2 0 1 7 ,   p p .   6 0 3 – 607 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C M C . 2 0 1 7 . 8 2 8 2 5 3 7 .   [ 3 ]   A .   B a h l   e t   a l . ,   “ R e c u r s i v e   f e a t u r e   e l i m i n a t i o n   i n   r a n d o m   f o r e s t   c l a ssi f i c a t i o n   s u p p o r t s   n a n o ma t e r i a l   g r o u p i n g , ”   N a n o I m p a c t ,    v o l .   1 5 ,   M a r .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i m p a c t . 2 0 1 9 . 1 0 0 1 7 9 .   [ 4 ]   A .   Jo v i c ,   K .   B r k i c ,   a n d   N .   B o g u n o v i c ,   “ A   r e v i e w   o f   f e a t u r e   s e l e c t i o n   m e t h o d s   w i t h   a p p l i c a t i o n s , ”   i n   2 0 1 5   3 8 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n v e n t i o n   o n   I n f o rm a t i o n   a n d   C o m m u n i c a t i o n   T e c h n o l o g y ,   El e c t r o n i c s  a n d   Mi c ro e l e c t ro n i c s  ( MIP RO ) ,   M a y   2 0 1 5 ,     p p .   1 2 0 0 – 1 2 0 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M I P R O . 2 0 1 5 . 7 1 6 0 4 5 8 .   [ 5 ]   T.   W a n g ,   P .   C h e n ,   T .   B a o ,   J.   Li ,   a n d   X .   Y u ,   “ A r r h y t h mi a   c l a s si f i c a t i o n   a l g o r i t h m   b a se d   o n   S M O TE   a n d   f e a t u r e   se l e c t i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P e rf o rm a b i l i t y   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   1 7 ,   n o .   3 ,   p p .   2 6 3 – 2 7 5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 4 0 / i j p e . 2 1 . 0 3 . p 2 . 2 6 3 2 7 5 .   [ 6 ]   P .   G i u d i c i ,   A .   G r a me g n a ,   a n d   E.   R a f f i n e t t i ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   c l a ss i f i c a t i o n   mo d e l   c o m p a r i s o n , ”   S o c i o - E c o n o m i c   P l a n n i n g   S c i e n c e s ,   v o l .   8 7 ,   Ju n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . s e p s . 2 0 2 3 . 1 0 1 5 6 0 .   [ 7 ]   S .   G .   C h i c k a r a m a n n a   e t   a l . ,   “ C l a ssi f i c a t i o n   o f   a r r h y t h mi a   u s i n g   ma c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m, ”   Re v u e   d ’ I n t e l l i g e n c e   Art i f i c i e l l e ,  v o l .   3 6 ,   n o .   4 ,   p p .   5 2 9 – 5 3 4 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 8 2 8 0 / r i a . 3 6 0 4 0 3 .   [ 8 ]   E.   H a e r a n i ,   F .   S y a f r i a ,   F .   Le st a r i ,   N .   N o v r i y a n t o ,   a n d   I .   M a r z u k i ,   “ C l a ssi f i c a t i o n   a c a d e mi c   d a t a   u s i n g   m a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   d e c i si o n   ma k i n g   p r o c e ss, ”   J o u rn a l   o f   Ap p l i e d   En g i n e e ri n g   a n d   T e c h n o l o g i c a l   S c i e n c e ,   v o l .   4 ,   n o .   2 ,   p p .   9 5 5 – 9 6 8 ,   J u n .   2 0 2 3 ,     d o i :   1 0 . 3 7 3 8 5 / j a e t s. v 4 i 2 . 1 9 8 3 .   [ 9 ]   S .   S . ,   K .   H .   N e h e m i a h ,   a n d   K .   A . ,   “ A   f r a mew o r k   t o   c l a ssi f y   c l i n i c a l   d a t a   u si n g   a   g e n e t i c   a l g o r i t h m  a n d   a r t i f i c i a l   f l o r a - o p t i m i z e d   n e u r a l   n e t w o r k , ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f   S w a rm   I n t e l l i g e n c e   Re sea r c h ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 2 2 ,   J u l .   2 0 2 2 ,     d o i :   1 0 . 4 0 1 8 / I JS I R . 3 0 4 7 1 9 .   [ 1 0 ]   J. - G .   C h o i ,   I .   K o ,   a n d   S .   H a n ,   “ D e p r e ssi o n   l e v e l   c l a ss i f i c a t i o n   u si n g   ma c h i n e   l e a r n i n g   c l a ssi f i e r s  b a se d   o n   a c t i g r a p h y   d a t a , ”   I EEE   Ac c e ss ,   v o l .   9 ,   p p .   1 1 6 6 2 2 – 1 1 6 6 4 6 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 1 . 3 1 0 5 3 9 3 .   [ 1 1 ]   H .   Ja v a i d ,   E.   K u mar n si t ,   a n d   S .   C h a t p u n ,   “ C l a ss i f i c a t i o n   t e c h n i q u e s  i n   m a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   a g e - r e l a t e d   e l e c t r o e n c e p h a l o g r a p h y   d a t a   a n a l y si s , ”   P S U   M e d i c a l   J o u r n a l ,   v o l .   3 ,   n o .   2 ,   p p .   1 0 3 – 1 1 3 ,   J u l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 1 5 8 4 / p su mj . 2 0 2 3 2 5 5 2 0 8 .   [ 1 2 ]   A .   F a r o o q ,   M .   S e y e d m a h m o u d i a n ,   a n d   A .   S t o j c e v s k i ,   “ A   w e a r a b l e   w i r e l e ss   sen s o r   s y st e m u s i n g   m a c h i n e   l e a r n i n g   c l a ss i f i c a t i o n   t o   d e t e c t   a r r h y t h mi a , ”   I EEE   S e n s o rs   J o u rn a l ,   v o l .   2 1 ,   n o .   9 ,   p p .   1 1 1 0 9 – 1 1 1 1 6 ,   M a y   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 2 1 . 3 0 6 2 3 9 5 .   [ 1 3 ]   P .   G a u t a m ,   M .   S i n g h ,   a n d   B .   R .   M u k i n d r a o ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g - b a se d   a r r h y t h mi a   c l a ss i f i c a t i o n , ”   i n   I n t e g ra t i n g   D i g i t a l   H e a l t h   S t r a t e g i e s  f o r  Ef f e c t i v e   Ad m i n i st r a t i o n ,   I G I   G l o b a l   S c i e n t i f i c   P u b l i s h i n g ,   2 0 2 3 ,   p p .   3 4 5 – 377 ,   d o i :   1 0 . 4 0 1 8 / 9 7 8 - 1 - 6 6 8 4 - 8 3 3 7 - 4 . c h 0 1 6 .   [ 1 4 ]   K .   P e r u m a l l a ,   A .   S o n i ,   R .   D e y ,   a n d   S .   R i c h ,   “ Ze r o I n :   c h a r a c t e r i z i n g   t h e   d a t a   d i s t r i b u t i o n s  o f   c o mm i t s  i n   s o f t w a r e   r e p o s i t o r i e s,”   A p r .   2 0 2 2 ,   a rX i v :   2 2 0 4 . 0 7 8 6 3 .   [ 1 5 ]   U .   R .   A c h a r y a   e t   a l . ,   “ A   d e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   m o d e l   t o   c l a s si f y   h e a r t b e a t s, ”   C o m p u t e rs  i n   Bi o l o g y   a n d   M e d i c i n e ,  v o l .   8 9 ,   p p .   3 8 9 – 3 9 6 ,   O c t .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp b i o m e d . 2 0 1 7 . 0 8 . 0 2 2 .   [ 1 6 ]   T.   F .   R o md h a n e ,   H .   A l h i c h r i ,   R .   O u n i ,   a n d   M .   A t r i ,   “ El e c t r o c a r d i o g r a m  h e a r t b e a t   c l a ssi f i c a t i o n   b a se d   o n   a   d e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   a n d   f o c a l   l o ss , ”   C o m p u t e rs   i n   Bi o l o g y   a n d   Me d i c i n e ,   v o l .   1 2 3 ,   A u g .   2 0 2 0 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o m p b i o me d . 2 0 2 0 . 1 0 3 8 6 6 .   [ 1 7 ]   Ö .   Y i l d i r i m ,   “ A   n o v e l   w a v e l e t   se q u e n c e   b a se d   o n   d e e p   b i d i r e c t i o n a l   L S TM   n e t w o r k   m o d e l   f o r   E C G   si g n a l   c l a ss i f i c a t i o n , ”   C o m p u t e rs   i n   B i o l o g y   a n d   Me d i c i n e ,   v o l .   9 6 ,   p p .   1 8 9 – 2 0 2 ,   M a y   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp b i o m e d . 2 0 1 8 . 0 3 . 0 1 6 .   [ 1 8 ]   R .   H u ,   J.  C h e n ,   a n d   L.   Z h o u ,   “ A   t r a n s f o r mer - b a se d   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   a r r h y t h mi a   d e t e c t i o n   u si n g   c o n t i n u o u s  EC G   si g n a l s , ”   C o m p u t e rs   i n   B i o l o g y   a n d   Me d i c i n e ,   v o l .   1 4 4 ,   M a y   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp b i o me d . 2 0 2 2 . 1 0 5 3 2 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.