I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.  1 5 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   790 ~ 8 0 3   I SS N:  2252 - 8 8 1 4 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas . v 1 5 . i 2 . pp 790 - 8 0 3           790     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Using  ma chine le a rning  t o  unders t a nd t he  ro o ca us es o type  2  dia betes in  Saud Ara bia       M o ha m m a d Sa ee d Al  G ha md i 1 Ala a   K ha did o s 1, 2 Adil K ha did o s 3   1 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   S y s t e ms ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t i n g   a n d   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y ,   K i n g   A b d u l a z i z   U n i v e r si t y ,   J e d d a h ,     S a u d i   A r a b i a   2 C e n t e r   o f   R e sea r c h   E x c e l l e n c e   i n   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   D a t a   S c i e n c e ,   K i n g   A b d u l a z i z   U n i v e r s i t y ,   Je d d a h ,   S a u d i   A r a b i a   3 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   Te c h n o l o g y ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t i n g   a n d   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y ,   K i n g   A b d u l a z i z   U n i v e r s i t y ,     Jed d a h ,   S a u d i   A r a b i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 7 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma y   3 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma y   2 3 ,   2 0 2 6       Th is  st u d y   e x a m in e s   th e   e le v a ted   p re v a le n c e   o f   ty p e   2   d iab e te m e ll it u s   (T2 DM)  i n   S a u d Ara b ia  b y   in t e g ra ti n g   a   larg e - sc a le,  re g io n a ll y   sp e c ifi c   d a tas e fro m   t h e   S a u d M in istry   o He a lt h   ( 1 0 0 , 0 0 0   p a ti e n re c o rd s).   Th e   p rima ry   c o n tri b u ti o n   is  th is  S a u d i - fo c u se d   d a ta  in teg ra ti o n a d d re ss in g   a   c rit ica g a p   i n   p rio r   stu d ies   th a t   re ly   o n   g l o b a d a tas e ts  (e . g . ,   P IM A,  UK   Bio b a n k ) a n d   a   c o m p a ra ti v e   e v a lu a ti o n   o trad it io n a m a c h in e   lea rn in g   ( ML )   m o d e ls  ( ra n d o m   fo re st   (RF ) a d a p ti v e   b o o sti n g   ( Ad a Bo o st ) )   a n d   fe w - sh o larg e   lan g u a g e   m o d e ls  (LL M s)  fo e a rly   risk   d e tec ti o n .   Ke y   fe a tu re in c lu d e   a g e ,   b o d y   m a ss   in d e x   ( B M I ) ,   Hb A1 c ,   b lo o d   g lu c o se ,   h y p e rten sio n ,   a n d   sm o k in g   h ist o ry .   Clas imb a lan c e   (9 %   d iab e ti c wa re so lv e d   u si n g   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 i q u e   wit h   e d it e d   n e a re st  n e ig h b o r s   ( S M OTEE NN ) .   E n se m b le  M m o d e ls  a c h iev e d   u p   t o   9 7 %   a c c u ra c y ,   wh il e   fe w - sh o LL M   re a c h e d   9 8 %   a c ro ss   a c c u ra c y ,   p re c isio n ,   re c a ll ,   a n d   F 1 - sc o r e   ( a re a   u n d e r   t h e   c u r v e   ( AUC )   0 . 9 9 ).   F e a tu re   imp o r tan c e   c o n fi rm e d   th a t   Hb A1 c   a n d   g l u c o se   we re   th e   t o p   p re d ict o rs.  T h is  re g i o n a ll y   tail o r e d ,   h i g h - p e rfo rm in g   fra m e wo rk   e n a b les   e a rly   d e tec ti o n   o T 2 DM  a n d   c u lt u ra ll y   se n siti v e   in terv e n ti o n in   h ig h - p re v a len c e   se tt in g s s u c h   a s S a u d Ar a b ia.   K ey w o r d s :   E n s em b le  lear n in g   Featu r im p o r tan ce   Hb A1 c   L ar g lan g u ag m o d els   Ma ch in lear n in g   SMOT E E NN   T y p 2   d iab etes m ellitu s   T h is i 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 :   Alaa   Kh ad id o s   C en ter   o f   R esear ch   E x ce llen c in   Ar tific ial  I n tellig en ce   an d   Data   Scien ce ,   Kin g   Ab d u lazi Un iv er s ity   J ed d ah ,   Sau d i A r a b ia   E m ail:  ao k h ad id o s @ k au . ed u . s a       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   Sau d Ar ab ia,   m an y   p eo p le  h av ty p e   2   d ia b etes  m ellitu s   ( T 2 DM ) ,   an d   th is   n u m b er   is   g ettin g   h ig h er   e v er y   y ea r .   So m e   r ep o r ts   s aid   th at  m o r th an   1 8 . 7 o f   ad u lts   in   Sau d Ar a b ia  h av i [ 1 ] .   T h is   n u m b e r   is   o n o f   th h ig h est  in   th wo r ld ,   an d   it  ca u s es  l o o f   p r o b lem s ,   s u ch   as  f u ll  h o s p itals ,   tire d   m ed ical   team s ,   an d   m o r e   d ea th s .   T h e   co u n tr y   allo ca tes  s u b s tan tial  f u n d s   t o   th is   p r o b lem .   Ma n y   r ese ar c h er s   ar e   n o w   u s in g   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI )   an d   m ac h in lear n in g   ( ML )   to   ad d r ess   th is .   T h ese  n ew  ap p r o ac h es  ca n   h elp   id en tify   wh o   is   at  r is k   ea r ly   a n d   en a b le  p h y s ician s   to   tr ea th em   m o r e   ef f ec tiv el y   [ 2 ] .   H o wev er ,   m o s p r io r   r esear ch   u s ed   d ata  f r o m   o th er   co u n tr ies.  No t m a n y   s tu d ies u s r ea l d ata  f r o m   Sau d i p e o p le .   T h is   p ap er   u s es  d ata   f r o m   1 0 0 , 0 0 0   p eo p le   f r o m   th Sau d Min is tr y   o f   Hea lth   [ 3 ] .   T h i s   is   m o r ac cu r ate  f o r   Sau d i   ca s es.  Ad d itio n ally ,   t h im b ala n ce   in   th d ata   was  ad d r ess ed .   B e ca u s o n ly   9 o f   p ar ticip an ts   h ad   d iab etes,  th e   s y n th etic  m in o r ity   o v e r - s a m p lin g   tech n iq u e   with   ed ite d   n ea r est  n ei g h b o r s   ( SMOT E E NN)   was  u s ed   to   ad d r ess   th is   im b alan ce   [ 4 ] Ma n y   m o d els  wer u s ed .   So m o f   th em   ar e   estab lis h ed ,   s u ch   as  r an d o m   f o r est  ( R F)  an d   ad ap tiv b o o s tin g   ( Ad aBo o s t) .   On o f   th em   g av 9 7 ac cu r ac y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       Usi n g   ma ch in lea r n in g   to   u n d ers ta n d   th r o o t c a u s es o f ty p 2   d i a b etes …   ( Mo h a mma d   S a ee d   A l G h a md i)   791   Ad d itio n ally ,   n ew  ty p o f   m o d el,   lar g lan g u ag m o d el  ( L L M) ,   th at  lea r n s   f r o m   s m all  n u m b er   o f   ex am p les,  was u s ed .   Desp ite  th is ,   it a ch iev ed   g o o d   r esu lts ,   in clu d in g   9 8 % a cc u r ac y   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   T h is   p ap er   ad d r ess es  th r ee   th i n g s it  u s es  a   lar g e   Sa u d d ataset,   it  ad d r ess es  class   im b alan ce ,   an d   it   co m p ar es  s tan d ar d   ML   m o d el s   with   L L m o d els.  T h ese  th in g s   ca n   h elp   Sau d h ea lth ca r e an d   m ay b e   o th e r   co u n tr ies   as we ll .   T h is   s tu d y   m ak es th f o llo win g   co n tr i b u t io n s :   i)   Used   lar g e,   n atio n ally   r ep r e s en tativ S au d d ataset  o f   1 0 0 , 0 0 0   r ec o r d s   f r o m   th Min is tr y   o f   Hea lth ,   ad d r ess in g   th lack   o f   r e g io n - s p ec if ic  an d   lar g e - s ca le  co h o r ts   in   p r io r   T 2 DM   p r ed ictio n   s tu d ies.   ii)   Ap p lied   SMOT E E NN  to   co r r ec s ev er class   im b alan ce   an d   in teg r ated   clin ical - g r a d ev alu atio n   p ip elin e ,   in clu d i n g   r ec eiv e r   o p er atin g   c h ar ac ter is tic  ar ea   u n d er   th c u r v ( R OC - AUC) ,   B r ier   s co r e,   co n f id en ce   in ter v als   ( C I ) ,   a n d   ca lib r atio n   an aly s is   to   en s u r r o b u s t a n d   r eliab le  p er f o r m a n c e.   iii)   B en ch m ar k ed   h ig h - p er f o r m in g   en s em b le  m o d els  ( Ad aBo o st   an d   RF )   ag ain s f ew - s h o LLM ,   o f f er i n g   th f ir s t d ir ec t c o m p ar is o n   b et wee n   th ese  ap p r o ac h es f o r   T 2 DM   p r ed ictio n   in   th Sau d p o p u latio n .   iv )   E n s u r ed   clin ical  in ter p r etab ili ty   b y   a n aly zin g   lo g is tic - r eg r e s s io n   co ef f icien ts   an d   m o d el - d r iv en   f ea tu r e   im p o r tan c e,   co n f i r m in g   t h at  Hb A1 c,   g lu c o s e,   b o d y   m ass   in d ex   ( B MI ) ,   ag e,   a n d   h y p er t en s io n   ar th e   d o m in an p r ed icto r s .   T 2 DM   is   m ajo r   g lo b al  p u b lic  h ea lth   ch allen g with   r ap id ly   in cr ea s in g   p r e v alen c in   m an y   co u n tr ies.  I n   Sau d Ar ab ia,   m o r th an   1 8 . 7 o f   ad u lts   ar e   esti m ated   to   b af f ec ted ,   p lacin g   th co u n tr y   am o n g   t h o s with   th h ig h e s d iab etes  p r ev alen ce   wo r l d wid [ 1 ] .   T h is   r is in g   b u r d en   p lace s   s ig n if ican p r ess u r o n   h ea lth ca r s y s tem s   an d   h ig h lig h ts   th n ee d   f o r   e f f ec tiv ea r ly   d etec tio n   a n d   p r ev en tio n   s tr ateg ies.  AI   an d   ML   h av e   r ec en tly   e m er g ed   as  p o we r f u l   to o ls   f o r   p r ed ictin g   c h r o n ic   d is ea s es,  in clu d in g   d iab etes.  T h ese  ap p r o ac h es  ca n   an aly z e   lar g clin ical   d atasets   to   id en tify   co m p lex   p atter n s   ass o ciate d   with   d is ea s   r is k   [ 2 ] .   Su ch   p r ed ictiv s y s tem s   ca n   ass i s h ea lth ca r p r o f ess io n als  in   id en tify in g   h ig h - r i s k   in d iv id u als   an d   im p lem en tin g   p r ev e n tiv in te r v en tio n s   ea r lier .   Ho wev e r ,   m an y   e x is tin g   d iab etes  p r ed i ctio n   s tu d ies  r ely   o n   in ter n atio n al  d atasets   r ath er   th an   r eg io n - s p ec if ic  clin ical  d ata.   Mo d els  d ev elo p ed   u s in g   f o r eig n   d atasets   m ay   n o f u lly   r e f lect  th d em o g r a p h ic  a n d   life s ty le  ch ar ac ter is tics   o f   th Sau d p o p u latio n .   T h er ef o r e ,   lo ca lly   r elev an t d atasets   ar ess en tial f o r   d e v elo p in g   ac cu r ate  a n d   c o n tex t - s p ec if ic  p r ed ictiv m o d els.   T h is   s tu d y   ad d r ess es  th is   lim itatio n   b y   an al y zin g   la r g d ataset  o f   1 0 0 , 0 0 0   an o n y m iz ed   p atien t   r ec o r d s   o b tain ed   f r o m   th e   Sau d Min is tr y   o f   Hea lth   [ 3 ] .   U s in g   lar g e   n atio n al   d ataset  i m p r o v es  m o d ellin g   r eliab ilit y   an d   en h a n ce s   th clin ical  r elev an ce   o f   th r esu lts .   I n   ad d itio n ,   a d v an ce d   p r e p r o ce s s in g   tech n iq u es  ar ap p lied   to   en s u r d ata  q u ality   an d   m o d ellin g   s tab ilit y .   An o th er   ch allen g in   m e d ic al  d atasets   i s   cla s s   im b alan ce ,   wh er e   n o n - d iab eti ca s es  g r ea tly   o u tn u m b er   d i ab etic  ca s es.  Su ch   im b alan ce   ca n   b ias  p r e d ictiv m o d els  to war d   th m ajo r ity   class   an d   r ed u ce   d etec tio n   o f   tr u d iab etic  ca s es.  T o   m itig ate  th is   is s u e,   th e   SMOT E E NN  h y b r id   r esam p lin g   m eth o d   is   ap p lied   to   b alan ce   th d ataset  an d   im p r o v class if icatio n   p er f o r m an ce   [ 4 ] .   Var io u s   ML   alg o r ith m s   h a v b ee n   ex p lo r e d   f o r   d iab etes  p r e d ictio n .   T r ad itio n al  m o d els  s u c h   as  lo g is tic  r eg r ess io n   ( L R ) ,   d ec is io n   tr ee s   ( DT s ) ,   an d   s u p p o r v ec to r   m ac h in es  ( SVMs)  h av b ee n   wid ely   u s ed   to   an aly ze   clin ical  r is k   f ac to r s .   Ho wev er ,   en s em b le  l ea r n in g   m eth o d s   o f ten   p r o v id h ig h er   p r ed ictiv e   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess   co m p ar ed   with   in d iv i d u al  m o d els  [ 6 ] ,   [ 7 ] .   R esear ch er s   h av also   ex p lo r e d   th u s o f   g en etic  an d   g en o m ic  in f o r m atio n   f o r   d iab etes  p r ed ictio n .   T ec h n iq u es  s u ch   as  g e n o m e - wid ass o ciatio n   s tu d ies  ( GW AS)   co m b in ed   with   ML   h av b ee n   u s ed   to   id en tify   g en etic  m ar k er s   lin k ed   t o   d ia b etes  r is k   [ 8 ] [ 1 0 ] .   T h ese  ap p r o ac h es  d em o n s tr ate  th p o t en tial  o f   in teg r atin g   b io m ed ical  d ata  with   co m p u t atio n al  m o d els  to   b etter   u n d e r s tan d   d is ea s m ec h a n is m s .   C lin ical  an d   life s ty le  f ac to r s   r em ain   th e   m o s wid el y   u s ed   p r e d icto r s   in   d iab etes  r is k   m o d ellin g .   Var iab l es  s u ch   as  ag e,   B MI ,   b lo o d   g lu co s lev el,   an d   f am ily   h is to r y   h a v co n s is ten tly   b ee n   id en tifie d   as  s tr o n g   in d icato r s   o f   d iab etes  r is k .   ML   m o d els tr ain ed   o n   th ese  f ea tu r es h av s h o wn   s tr o n g   p r ed ictiv p er f o r m an ce   in   h ea lth ca r d atasets   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   R ec en s tu d ies  h av also   in co r p o r ated   ex p lain ab le  a r tific ial  in tellig en ce   ( XAI )   tec h n iq u es  to   im p r o v e   m o d el  tr an s p a r en cy .   Me th o d s   s u c h   as  Sh ap le y   a d d itiv ex p lan atio n s   ( SHAP )   an d   least  ab s o lu te   s h r in k ag a n d   s elec tio n   o p e r ato r   ( L ASSO )   h elp   in ter p r et  f ea tu r co n tr ib u tio n s   a n d   ex p lain   m o d el   p r ed ictio n s   to   clin ician s   [ 6 ] ,   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Su ch   in ter p r eta b ilit y   is   p a r ticu lar ly   im p o r tan t   in   h ea lt h ca r a p p licatio n s     wh er tr an s p ar en cy   an d   tr u s t   ar c r itical.   Sev er al  s tu d ies   h av e   ev alu ated   en s em b le   le ar n in g   m o d els  f o r   d iab etes  p r ed i ctio n .   Deb er n e h   an d   Kim   [ 1 3 ]   ap p lied   ex tr e m g r ad ien b o o s tin g   ( XGBo o s t ) - b ased   en s em b le  lear n in g   to   p r e d ict  T 2 DM   u s in g   Ko r ea n   clin ical  d ataset.   T h eir   m o d el  ac h iev e d   a p p r o x im ately   9 9 class if icatio n   ac cu r ac y   u s in g   k ey   p r ed icto r s   s u ch   as  Hb A1 lev els  an d   B MI .   T h ese   r esu lts   d em o n s tr ate  th e   s tr o n g   p r ed ictiv ca p ab ilit y   o f   en s em b le  lea r n in g   m eth o d s   an d   h ig h lig h th eir   s u p er io r i ty   o v e r   tr ad itio n al  s in g le - class if ier   m o d els f o r   cli n ical  r is k   p r ed ictio n .   Similar ly ,   Yo u s ef   et  a l.   [ 1 4 ]   a n aly ze d   clin ical   d ata  f r o m   2 1 , 4 3 1   p atien ts   in   th e   Sau d i   Natio n al  Gu ar d   p o p u latio n .   T h eir   s tu d y   r ep o r t ed   p r ed ictio n   ac cu r ac ies  b etw ee n   8 5 an d   9 0 u s in g   d ata  m in in g   tech n i q u es.  Ho wev er ,   m is s in g   d ata  a n d   d ataset  lim itatio n s   r em ain e d   s ig n if ican ch alle n g es.   El - So f an y   et  a l.   [ 1 5 ]   d ev elo p e d   s em i - s u p er v is ed   ML   m o d el  in te g r ated   in t o   m o b ile  h ea lth   a p p licatio n   f o r   d iab etes  p r ed ictio n .   T h f r am ewo r k   u s ed   a   d ataset  o f   3 0 0   s am p les   co llected   f r o m   Sau d i   an d   E g y p tian   p o p u la tio n s .   B y   ap p ly in g   s y n th etic  m in o r ity   o v e r - s am p lin g   tech n iq u ( SMOT E )   to   ad d r ess   class   im b alan ce ,   t h p r o p o s ed   m o d el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   2 ,   J u n 2 0 2 6 :   7 9 0 - 803   792   ac h iev ed   ap p r o x i m ately   9 2 %   p r ed ictio n   ac c u r ac y   a n d   d e m o n s tr ated   th f ea s ib ilit y   o f   m o b ile - h ea lth b ased   d is ea s p r ed ictio n   s y s tem s .   Hasan   et  a l.   [ 1 6 ]   p r o p o s ed   a n   au to m ated   m ac h in e   lear n in g   ( Au to ML )   f r am ew o r k   c o m b in ed   with   XAI   tech n iq u es  f o r   d iab ete s   p r ed ictio n .   T h eir   ap p r o ac h   i n teg r ates  Au to ML   with   SHAP  an d   lo ca l   in ter p r etab le  m o d el - a g n o s tic   ex p lan atio n s   ( L I ME )   to   i m p r o v e   tr an s p a r en cy   in   m o d el  p r e d ictio n s .   T h f r am ewo r k   ac h iev ed   a p p r o x i m ately   9 8 ac cu r ac y   w h ile  p r o v id i n g   in ter p r etab le  ex p lan atio n s   th at  h elp   clin ician s   u n d er s tan d   th co n tr ib u tio n   o f   k e y   r is k   f ac to r s .   Z h ao   et  a l.   [ 1 7 ]   ap p lied   XAI   tech n iq u es to   v is u alize   d iab etes  r is k   p r ed ictio n s   u s in g   SHAP  an d   L I ME .   T h eir   f r a m ewo r k   g en er ate d   in ter p r etab le  ex p lan atio n s   th at   h elp   clin ician s   a n d   p atien ts   u n d er s tan d   th e   k e y   f ac to r s   c o n tr i b u tin g   to   d iab etes  r is k .   Su ch   v is u aliza tio n - b ased   ex p lan atio n   m et h o d s   im p r o v e   m o d el  tr an s p ar e n cy   a n d   s u p p o r b etter   p atien awa r e n ess   an d   d ec is io n - m a k in g   in   d iab etes  p r ev e n t io n   an d   m a n ag em en t.   Neta y awijit  et  a l.   [ 1 8 ]   p r o p o s ed   an   in ter p r etab le  ML   f r am ewo r k   f o r   d iab etes  p r ed ictio n   th at  i n teg r ates  r esam p lin g   s tr ateg ies  with   XAI   tech n iq u es.  T h eir   m eth o d   c o m b in e s   SMOT E - b ased   class   b alan cin g   with   SHAP  ex p lan atio n s   to   s im u ltan eo u s ly   ad d r ess   class   im b alan ce   an d   m o d el  in te r p r etab ilit y .   T h e   s tu d y   s h o ws  th at  in te g r atin g   d ata   b alan cin g   with   ex p lain a b le  m o d els  ca n   im p r o v e   b o th   p r ed ictiv p e r f o r m an ce   a n d   tr an s p ar e n cy   i n   clin ical  d ec is io n - s u p p o r t sy s tem s .   Desp ite  r ec en t a d v an ce s ,   m an y   d iab etes p r ed ictio n   s tu d ies r ely   o n   r elativ ely   s m all  d atasets   o r   lim ited   f ea tu r s ets.  I n   ad d itio n ,   f ew  s tu d ies  d ir ec tly   co m p ar co n v en tio n al  ML   m o d els  with   em er g in g   a p p r o ac h es  s u ch   as  LLM s .   T h ese  lim itatio n s   h ig h lig h t   th n ee d   f o r   m o r co m p r eh e n s iv f r am ewo r k s   th at  in te g r ate  la r g e   d atasets   an d   ad v an ce d   AI   t ec h n iq u es .   T h is   s tu d y   d e v el o p s   d iab etes  p r ed ictio n   f r am ewo r k   u s in g     lar g e - s ca le  Sau d h ea lth ca r d ataset.   T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   co m p ar es  co n v en tio n al   ML   m o d els  with   a     f ew - s h o LLM   to   ev alu ate  p r ed ictiv p er f o r m an ce .   B y   in teg r atin g   class   b alan cin g ,   e n s em b le  lear n in g ,   an d   in ter p r etab ilit y   an aly s is ,   th f r am ewo r k   aim s   to   p r o v id r o b u s an d   clin ically   r elev an to o f o r   d iab etes  r is k   p r e d ictio n .   lis t o f   t h wo r k s   an d   m o d els is   s h o wn   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Su m m a r y   o f   ML   ap p r o ac h es u s ed   f o r   T 2 DM   p r ed ict io n   A p p r o a c h   M e t h o d s   K e y   f i n d i n g s   G e n e t i c   a n d   g e n o mi c   G W A S ,   RF a n d   m u l t i - o m i c s   i n t e g r a t i o n   I d e n t i f i e d   n o v e l   g e n e s   a n d   si n g l e - n u c l e o t i d e   p o l y mo r p h i sms   ( S N P s)   a sso c i a t e d   w i t h   T 2 D M   [ 8 ] [ 1 0 ]   C l i n i c a l   a n d   d e m o g r a p h i c   LR DT s,  a n d   g r a d i e n t   b o o s t i n g   ( G B )   A g e ,   B M I ,   a n d   b l o o d   g l u c o se   a r e   k e y   p r e d i c t o r [ 6 ] ,   [ 7 ]   M e t a b o l o mi c s   Tr e e - b a se d   b o o st i n g   a n d   S H A P   e x p l a n a t i o n s   P h e n y l a c e t a t e   a n d   t a u r i n e   a r e   s t r o n g   p r e d i c t o r [ 6 ]   C a u sa l   i n f e r e n c e   C a u sa l   d i sc o v e r y   t e c h n i q u e s   a n d   l i n e a r   n o n - G a u ss i a n   a c y c l i c   m o d e l   ( Li N G A M )   P h y s i c a l   i n a c t i v i t y   a n d   a l c o h o l   u se   w e r e   i d e n t i f i e d   a s   d i r e c t   c a u s e [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ]   Li f e st y l e   a n d   e n v i r o n m e n t a l   X G B o o st   a n d   S H A P   e x p l a n a t i o n s   H y p e r t e n si o n   a n d   a g e   a r e   si g n i f i c a n t   r i sk   f a c t o r s;   s o c i a l   a t t r i b u t e a r e   p r o t e c t i v e   [ 2 1 ]   XAI   S H A P   a n d   LA S S O   f e a t u r e   s e l e c t i o n   I mp r o v e d   m o d e l   i n t e r p r e t a b i l i t y   a n d   f e a t u r e   t r a n s p a r e n c y   [ 6 ] ,   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ]   P o p u l a t i o n - l e v e l   r i s k   C l a i ms  d a t a   a n a l y si s   a n d   p o l y s o c i a l   r i sk   s c o r e   Ea r l y   a n d   l a t e - st a g e   r i s k   f a c t o r s i d e n t i f i e d   f r o r e a l - w o r l d   d a t a   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ]   G e n d e r - sp e c i f i c   a n a l y si s   S t r a t i f i e d   a n a l y si s   b y   g e n d e r   F a st i n g   g l u c o se  a n d   B M I   a r e   c r i t i c a l   f o r   w o me n ;   su g a r   c o n su mp t i o n   f o r   me n   [ 7 ] ,   [ 2 4 ]   A l g o r i t h m   c o mp a r i s o n   Li g h t   g r a d i e n t   b o o st i n g ,   X G B o o st ,   a n d   RF   En se mb l e   me t h o d o u t p e r f o r m   t r a d i t i o n a l   M L   i n   b o t h   a c c u r a c y   a n d   st a b i l i t y   [ 6 ] ,   [ 1 2 ]       2.   M E T H O D   T h is   s tu d y   f o llo wed   s tr u ct u r ed   ML   p ip elin co n s is tin g   o f   f iv s tag es:  d ataset  ac q u is itio n ,   d ata  p r ep r o ce s s in g ,   class   im b alan ce   co r r ec tio n ,   m o d el  d ev el o p m en t,  an d   ev alu atio n .   First,  lar g e - s ca le  d ataset   co n tain in g   1 0 0 , 000   a n o n y m i ze d   p atien r ec o r d s   was  o b tain ed   f r o m   t h Sau d Min is tr y   o f   Hea lth .   Nex t,   p r ep r o ce s s in g   tech n iq u es ,   in cl u d in g   o u tlier   d etec tio n ,   ca teg o r ical  en co d i n g ,   n o r m aliza tio n ,   an d   m is s in g   d ata   h an d lin g ,   wer ap p lied   to   en s u r d ata  q u ality .   B ec au s th d ataset  co n tain ed   o n ly   9 d iab etic  ca s es,  th e   SMOT E E NN  h y b r id   r esam p l in g   m eth o d   was  em p lo y ed   t o   b alan ce   th class es.  Su b s eq u en tly ,   s ev er al  ML   m o d els in clu d in g   LR SVM k - n ea r est  n eig h b o r s   ( KNN) DT RF ,   an d   Ad aBo o s t wer tr ain ed   an d   ev alu ated .   I n   ad d itio n ,   f e w - s h o L L was  test ed   to   ass es s   its   ab ilit y   to   p er f o r m   s tr u ctu r ed   cli n ical   class if icatio n   ta s k s .   Fin ally ,   t h m o d els  wer ev alu ated   u s in g   s tan d ar d   m etr ics  s u ch   as  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   R OC - AUC,  a n d   B r ier   s co r e .     2 . 1 .   Da t a   s o urce   a nd   des cr iptio n   T h d ataset  u s ed   in   th is   s tu d y   was  o b tain ed   f r o m   th Sau d Min is tr y   o f   Hea lth   [ 3 ]   v ia   th Sau d i   Op en   Data   Po r tal.   I co m p r is es  1 0 0 , 0 0 an o n y m ized   p atie n r ec o r d s ,   m a k in g   it  o n o f   th m o s ex ten s iv Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       Usi n g   ma ch in lea r n in g   to   u n d ers ta n d   th r o o t c a u s es o f ty p 2   d i a b etes …   ( Mo h a mma d   S a ee d   A l G h a md i)   793   d atasets   av ailab le  f o r   th Sau d p o p u latio n   with   T 2 DM .   E ac h   r ec o r d   in clu d es  d e m o g r ap h i v ar iab les ,   s u ch   as   ag an d   g en d e r ,   an th r o p o m etr ic  in d icato r s ,   s u ch   as  B MI ,   cl in ical  m ea s u r em en ts ,   s u ch   as  Hb A1 an d   b lo o d   gl u co s e,   an d   life s ty le  attr ib u tes ,   s u ch   as  s m o k i n g   h is to r y .   T h d em o g r ap h ic  attr ib u tes  in cl u d ag e   an d   g en d er ,   wh ile  an th r o p o m etr ic  m ea s u r e m en ts   in clu d B MI .   C lin ical  i n d icato r s   co n s is o f   lab o r a t o r y   an d   h ea lth - r elate d   m ea s u r em en ts   s u ch   as Hb A1 lev els,  b lo o d   g lu co s lev els,  h y p er ten s io n   s tatu s ,   an d   h ea r d is ea s s ta tu s .   I n   ad d itio n ,   life s ty le  in f o r m a tio n ,   s u ch   as  s m o k in g   h is to r y   ( n e v er ,   f o r m e r ,   cu r r en t,   an d   ev er )   is   in clu d ed   in   t h d ataset.   T h t ar g et   v ar iab le   r ep r esen ts   th d iab etes  s tatu s   o f   ea c h   p atien t,   in d icatin g     wh eth er   th e   in d iv id u al   is   d iag n o s ed   with   d iab etes  o r   n o t.   G en etic  m ar k e r s   wer e   in ten tio n ally   ex clu d ed   f r o m   th is   s tu d y   to   en s u r th at   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   r em ai n s   p r ac tical  f o r   d ep l o y m en in   r o u tin p r im ar y   h ea lth ca r s ettin g s .     2 . 2 . 1 .   O utlier   r emo v a l   Ou tlier s   in   th co n tin u o u s   v a r iab les,  in clu d in g   B MI ,   b lo o d   g lu co s e,   a n d   Hb A1 c ,   wer e   id en tifie d   u s in g   th Z - s co r m eth o d .   R ec o r d s   with   ab s o lu te  Z - s co r v alu es  g r ea ter   th an   3   wer co n s id er ed   ex tr em e   o b s er v atio n s   an d   r em o v ed   f r o m   th d ataset.   T h is   s tep   h elp e d   r ed u ce   n o is an d   i m p r o v d a ta  co n s is ten cy .   As a  r esu lt,  th m o d els we r tr ain e d   o n   clea n er   an d   m o r r eliab le   clin ical  d ata.     2 . 2 . 2 .   E nco din g   C ateg o r ical  v ar iab les  wer e   tr a n s f o r m ed   in t o   n u m e r ical  f o r m   b ef o r m o d el  tr ai n in g .   B in ar y   v ar iab les  s u ch   as  g e n d er ,   h y p er ten s io n ,   an d   h ea r t   d is ea s wer e   en co d ed   u s in g   lab el   en c o d in g .   M u lti - class   v ar iab les,  p ar ticu lar ly   s m o k in g   h is to r y ,   wer c o n v er te d   th r o u g h   o n e - h o e n co d i n g   t o   a v o id   in tr o d u cin g   f a ls o r d in al  r elatio n s h ip s .   T h is   en s u r ed   t h a t c ateg o r ical  in f o r m atio n   was r ep r esen ted   ap p r o p r iately   f o r   ML   m o d els.     2 . 2 . 3 .   No rma liza t io n   C o n tin u o u s   v ar iab les  wer s tan d ar d ized   u s in g   z - s co r n o r m aliza tio n   to   b r in g   th em   o n to   a   co m m o n   s ca le.   T h is   p r o ce s s   ad ju s ted   ea ch   f ea tu r b y   s u b t r ac tin g   t h m ea n   an d   d i v id in g   b y   th e   s tan d ar d   d ev iatio n .   No r m aliza tio n   h elp e d   p r ev en t   f ea tu r es  with   lar g e r   n u m er ic  r an g es  f r o m   d o m in atin g   th l ea r n in g   p r o ce s s .   I t   also   im p r o v e d   tr ain in g   s tab ilit y   an d   c o n v e r g en ce   f o r   t h ap p lied   m o d e ls .     2 . 2 . 4 .   M is s i ng   da t a   ha nd lin g   Miss in g   v alu es  wer m an a g ed   u s in g   a   two - s tep   ap p r o ac h .   R ec o r d s   lack in g   cr itical  clin ical   f ea tu r es,  s u ch   as  Hb A1 o r   g lu co s m ea s u r em en ts ,   wer e x clu d ed   t o   av o i d   co m p r o m is in g   d ia g n o s tic  ac cu r ac y .   L ess   ess en tial  attr ib u tes,  in clu d in g   life s ty le  v ar iab les,  wer im p u ted   u s in g   KNN  to   p r eser v lo ca s im ilar ity   p atter n s .   T h clea n e d   d ataset  was th en   ass ess ed   f o r   co m p let en ess   an d   co n s is ten cy   b ef o r m o d el  tr ain in g .     2 . 3 .   Cla s s   b a la ncing   Mo s in d iv id u als  in   th d atase d i d   n o h av d iab etes.  On ly   9 h ad   d iab etes.  T h is   m ak es  it  h ar d   f o r   th m o d els  to   lear n .   So ,   th SMOT E E NN  m eth o d   is   u s ed   [ 2 5 ] .   T h is   to o p er f o r m s   two   task s i g en er ates  ad d itio n al  s y n th etic  s am p les  f o r   th s m all  g r o u p   ( d iab etics)  an d   r em o v es  o u tlier   r ec o r d s   f r o m   th lar g g r o u p   ( n o n - d iab etics).   Su b s eq u e n tly ,   th d ata  wer m o r b alan ce d ,   with   ap p r o x im ately   5 2 . 5 o f   p ar ticip an ts   h av in g   d iab etes.  T h is   h elp ed   th m o d el  f o cu s   m o r ef f ec tiv e ly   an d   a v o id   s elec tin g   th m aj o r ity   class .     2 . 4 .   M o del  d ev elo pm ent   T h d em o g r ap h ic  attr ib u tes  in clu d ag an d   g en d e r ,   wh ile  an th r o p o m etr ic  m ea s u r em e n ts   in clu d e   B MI .   C lin ical  in d icato r s   in clu d lab o r ato r y   an d   h ea lth - r elate d   m ea s u r em en ts   s u ch   as  Hb A1 c,   b lo o d   g lu co s e,   h y p er ten s io n   s tatu s ,   an d   h ea r d is ea s s tatu s .   I n   ad d itio n ,   life s ty le  in f o r m atio n   s u ch   as  s m o k in g   h is to r y   ( n ev er ,   f o r m er ,   cu r r en t,   an d   ev er )   is   in clu d e d   in   th e   d ata s et.   T h tar g et  v ar iab le   in d ic ates  ea ch   p atien t' s   d iab etes  s tatu s ,   wh eth er   d iag n o s ed   o r   n o t.  Gen etic  m ar k er s   wer in ten tio n ally   ex c lu d ed   f r o m   th is   s tu d y   to   en s u r th at  th p r o p o s ed   f r a m ewo r k   r em ai n s   p r ac tical  f o r   d e p lo y m en t i n   r o u tin p r im a r y   h ea lth ca r s ettin g s .     2 . 4 . 1 M o del  a rc hite ct ures a nd   hy perpa ra m et er   t un ing   Sev er al  ML   m o d els   wer i m p lem en ted   an d   tu n ed   to   id en tify   th m o s ef f ec tiv ap p r o ac h   f o r   d iab etes  p r ed ictio n .   Hy p e r p ar am eter   o p tim izatio n   was  ca r r ied   o u to   en s u r f air   co m p ar is o n   an d   im p r o v ed   m o d el  p er f o r m a n ce .   T h s elec ted   co n f ig u r atio n s   ar e   d escr ib ed .   i)   L R lin ea r   m o d el   with   L 2   r eg u lar izatio n   ( R id g e) ;   ar ch itectu r e:  s o f tm ax   o u tp u f o r   b i n ar y   class if icatio n .   T u n ed   v ia  g r id   s ea r ch   cr o s s - v alid atio n   ( Gr id Sear ch C V ) C     {0 . 0 1 ,   0 . 1 ,   1 ,   1 0 ,   1 0 0 } ,   s o lv er =' lb f g s ',   m ax _ iter   =2 0 0 .   Op tim al:  C   =1 . 0 .     ii)   SVM:  k er n el - b ased   class if ier r ad ial  b asis   f u n ctio n   ( R B F)  k er n el.   T u n e d C     { 0 . 1 ,   1 ,   1 0 },   g a m m   {' s ca le ' ,   ' au to ' ,   0 . 0 0 1 }.   O p tim al:  C   =1 ,   g am m a= ' s ca le ' .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   2 ,   J u n 2 0 2 6 :   7 9 0 - 803   794   iii)   K N N :   in s ta n c e - b a s e d ;   E u c l i d ea n   d i s t a n c e   m et r i c .   T u n e d :   n _ n e i g h b o r s     { 3 ,   5,   7,   9 } ,   weig h ts   =' d is tan ce ' .   Op tim al:  n _ n eig h b o r s   =5 .     iv )   DT si n g le  tr ee   with   Gin im p u r ity m ax _ d ep th   =1 0   to   cu r b   o v er f itti n g .   T u n ed m ax _ d e p th     {5 ,   1 0 ,   1 5 },   m in _ s am p les_ s p lit   =1 0 .   ( u s ed   as R F/Ad aBo o s t b ase. )     v)   R F:  e n s em b le  o f   1 0 0   DT s b ag g in g   with   r e p lace m en t.  T u n ed   v ia   Gr id Sear ch C V:  n _ esti m ato r s     {5 0 ,   100,   2 0 0 },   m a x _ d e p th     {1 0 ,   2 0 ,   No n e} ,   m i n _ s am p les_ s p lit    {2 ,   5 }.   Op tim al:  n _ esti m ato r s   =1 0 0 ,   m ax _ d e p th   =   No n e.     2 . 5 .   E v a lua t i o m et rics   Sev er al  s tan d ar d   e v alu atio n   m etr ics  wer u s ed   to   ass ess   th p er f o r m a n ce   o f   th p r ed ict io n   m o d els.  Acc u r ac y   was  u s ed   to   m ea s u r th e   p r o p o r tio n   o f   co r r ec tly   class if ied   in s tan ce s   am o n g   all   p r ed ictio n s .   Pre cisi o n   was  ca lcu lated   to   d eter m in th p r o p o r tio n   o f   p r ed icted   p o s itiv e   ca s es  th at   wer ac tu ally   tr u e   p o s itiv es.  R ec all,   also   r ef er r e d   to   as  s en s itiv ity ,   m ea s u r es  th ab ilit y   o f   th e   m o d el  to   co r r e ctly   id en tify   ac tu al  d iab etic  ca s es.  I n   ad d itio n   to   th ese  m etr ics,  th F1 - s co r was  co m p u ted   as  th h ar m o n ic   m ea n   o f   p r ec is io n   an d   r ec all,   p r o v i d in g   b alan c ed   m ea s u r o f   m o d el  p er f o r m a n ce   wh en   class   d is tr ib u tio n s   ar u n ev e n .   T h R OC - AUC  wa s   u s ed   to   ev alu ate  th m o d el’ s   ab ilit y   to   d is tin g u is h   b etwe en   d ia b etic  an d     non - d iab etic  in d iv id u als  ac r o s s   d if f er en class if icatio n   th r esh o ld s .   Fu r th er m o r e,   th e   B r ier   s co r was   ca lcu lated   to   ass ess   th ca lib r atio n   q u ality   o f   p r e d icted   p r o b a b ilit ies,  in d icatin g   h o w   well  th p r ed icted   p r o b a b ilit ies  co r r esp o n d   to   ac tu al  o u tco m es.  Fo r   m o d el   ev a lu atio n ,   th e   d ataset  was  d iv i d ed   in to   tr ain in g   an d   test in g   s u b s ets  u s in g   a   7 0 % 3 0 s p lit.  T o   en s u r e   r o b u s tn ess   an d   r ed u ce   r an d o m n ess   in   t h r esu lts ,   th e   ex p er im en ts   wer r ep ea ted   t h r ee   tim es  u s in g   d if f er en r an d o m   s ee d s ,   an d   th f in al  p er f o r m an ce   m etr ics  wer r ep o r ted   as th av er a g ac r o s s   th ese  r u n s .       3.   RE SU L T S AN D   D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Da t a s et   c ha ra c t er is t ics   T h d ataset  h as  1 0 0 , 0 0 0   r ec o r d s .   All  p atien t   n am es  wer e   r em o v ed ,   s o   th e   d ata   is   an o n y m o u s .   T h g en d er   p ar s h o ws  th at  4 1 . 4 ar m en   ( n   =4 1 , 4 3 9 ) ,   a n d   5 8 . 6 ar wo m en   ( n   =5 8 , 5 6 1 ) .   T h s m o k in g   h is to r y   was  wr itten   in   f iv e   k in d s ev e r   cu r r en t,  n o c u r r en t,   f o r m er ,   n ev er ,   an d   n o   in f o r m atio n .   A f ir s t,  o n ly   9 o f   p eo p le  h ad   d iab etes.  T h is   in d icate s   th at  th d ata  ar n o t   b alan ce d .   SMOT E E NN  wa s   u s ed   to   f ix   th is     p r o b lem   [ 4 ] .   Su b s eq u en tl y ,   t h n u m b er   o f   d iab etic  r e co r d s   in cr ea s ed   to   ap p r o x im ately   5 2 . 5 %.  Als o ,   th is   m eth o d   r e m o v e d   n o is y   r ec o r d s   f r o m   th b ig   class .   T h d ata  is   n o m o r b ala n ce d   an d   r o b u s f o r   t h p r ed ictio n   m o d els.     = 2 .   ( 2 + 2 )   ( 1 )     All sy m b o ls   th at  h av b ee n   u s ed   in   th e q u atio n s   s h o u ld   b d ef in ed   in   th f o llo win g   tex t.     3 . 2 .     M o del  perf o rma nce  o v e rv iew   3 . 2 . 1 .   Acc ura cy   Acc u r ac y   is   th p r o p o r tio n   o f   tim es  th m o d el  co r r ec tly   p r ed icts .   T h b est - p er f o r m in g   m o d el  was  Ad aBo o s t,  ac h iev in g   9 7 . 2 6 %,  f o llo wed   b y   RF   at  9 7 . 0 6 %.  T h lo west  was   KNN   at  8 5 . 5 %,  f o llo wed   b y   SVM  at  8 6 . 7 3 %.  T h ese  two   m o d els  wer test ed   af ter   u s in g   u n d er s am p lin g .   T h ac cu r ac y   r esu lts   f o r   all  m o d els  ar s u m m ar ized   in   Fig u r 1 .     3 . 2 . 2 .   Rec eiv er   o pera t ing   ch a ra ct er is t ic  a nd   a re a   un der  t he  curv e   R OC   AU C   s h o ws  h o well   th m o d el  d is tin g u is h es  b et wee n   d iab etic  an d   n o n - d ia b e tic  p eo p le.     s co r o f   1   i n d icate s   p er f ec p er f o r m an ce .   I n   t h is   s tu d y ,   Ad aBo o s g o 0 . 9 8   an d   R g o 0 . 9 7 .   T h two   m o d els  p er f o r m ed   well  in   th is   test .   KNN  an d   SVM  h ad   lo wer   s co r es .   R OC   cu r v es  f o r   all  m o d els  ar e   p r esen ted   in   Fig u r 2 .     3 . 2 . 3 .   P re cisi o n   Pre cisi o n   in d icate s   th p r o p o r t io n   o f   p r ed icted   d iab etic   ca s es  th at  ar e   ac tu ally   tr u e.   T h is   is   im p o r tan t   b ec au s if   th m o d el   in d icate s   th at  s o m e o n e   h as  d ia b etes,  co n f id en ce   in   t h d i ag n o s is   is   n e ed ed .   I n   th is   s tu d y ,   Ad aBo o s ac h iev ed   th h ig h e s p r ec is io n   o f   9 8 o n   im b al an ce d   d ata.   T h lo west - p er f o r m in g   m eth o d   was   KNN,   with   6 6 %.  Fig u r 3   p r e s en ts   co m p ar is o n   o f   p r ec is io n   ac r o s s   all  m o d els.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       Usi n g   ma ch in lea r n in g   to   u n d ers ta n d   th r o o t c a u s es o f ty p 2   d i a b etes …   ( Mo h a mma d   S a ee d   A l G h a md i)   795       Fig u r 1 .   Acc u r ac y   o f   s ev er al  ML   m eth o d s           Fig u r 2 .   R OC   cu r v es f o r   all  e v alu ated   m o d els           Fig u r 3 .   T h p r ec is io n   co m p a r is o n   f o r   all  m o d els   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   2 ,   J u n 2 0 2 6 :   7 9 0 - 803   796   3 . 2 . 4 .   Rec a ll   T h p r o p o r tio n   o f   ac tu al  d iab etics  th at  th m o d el  id en tifie s .   I is   e s s en tial   in   h ea lth   b ec au s m is s in g   r ea ca s i s   d an g er o u s .   Ad aBo o s with   u n d er - s am p lin g   ac h iev ed   th b est  r ec all  o f   9 1 %.  KNN  o n   im b alan ce d   d ata  y ield ed   th e   lo west sco r o f   7 7 %.  Fig u r e   4   p r esen ts   th r ec all  s co r es f o r   all   m o d els.           Fig u r 4 .   R ec all  co m p a r is o n   f o r   all  m o d els       3 . 2 . 5 .   F1 - s co re   F1 - s co r is   th av e r ag o f   p r ec is io n   an d   r ec all.   I n   th m ac r o - av er a g ed   s ettin g ,   Ad aBo o s ac h iev ed   9 0 %,  wh er ea s   KNN  ac h iev ed   7 0 %.  T h is   im p lies   th at  tr ee   m o d els,  s u ch   as  Ad aBo o s t,  ar m o r s tab le.   Fo r   th weig h ted   av e r ag e,   Ad aBo o s an d   RF   g o 9 7 %.  LR   h ad   t h lo west  with   8 0 %.  Fig u r 5   p r esen ts   th F1 - s co r es   f o r   all  m o d els.           Fig u r 5 .   F1 - s co r m ac r o   av g   co m p ar is o n   f o r   all  m o d els       T h m ac r o   av e r ag tr ea ts   b o th   class es  eq u ally ,   ev e n   w h en   th e   n u m b er   o f   d iab etics  is   u s u ally   im b alan ce d   in   th r ea wo r ld .   T h is   is   im p o r tan i n   m ed ical   d ata  b ec au s it  is   s en s itiv e,   a n d   it  is   n ec ess ar y   t o   know   h o well   th m o d el   id e n tifie s   th ac tu al   d iab et ic   ca s es,  ev en   wh en   th ey   ar e   r ar e.   T h weig h ted   av er a g e   ass ig n s   g r ea ter   weig h t   to   t h l ar g er   class .   T h is   is   also   u s ef u l   f o r   u n d er s tan d in g   o v er all  p er f o r m an ce .   Fig u r e   6   p r esen ts   th F1   weig h ted   s co r es f o r   all  m o d els.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       Usi n g   ma ch in lea r n in g   to   u n d ers ta n d   th r o o t c a u s es o f ty p 2   d i a b etes …   ( Mo h a mma d   S a ee d   A l G h a md i)   797       Fig u r 6 .   F1 - s co r weig h ted   a v g   co m p a r is o n   f o r   all  m o d els       I n   th r esu lts ,   Ad aBo o s ac h iev ed   m ac r o - a v er ag e   o f   9 0 %,  wh er ea s   KNN  ac h iev ed   7 0 %.  T h is   in d icate s   th at  tr ee   m o d els,  s u ch   as  Ad aBo o s t,  ar m o r e   s tab le.   I n   th e   weig h ted   a v er ag e,   Ad aBo o s an d   RF   b o th   ac h iev ed   9 7 %,  w h ile  LR   h ad   th lo we s at  8 0 %.  T h e n s em b le  m o d els  p er f o r m ed   b e tter   ev en   wh en   t h e   d ata  wer im b alan ce d .   T h S MO T E E NN  m eth o d   h elp e d   b a lan ce   th d ata,   a n d   th m o d els   b ec am s tr o n g er .     3 . 3 .     F ew - s ho t   l a rg la ng ua g m o del   e v a lua t i o n   L L M,   tr ain ed   u s in g   f ew - s h o lear n in g   ap p r o ac h ,   y ield ed   h ig h   class if icatio n   m etr ic s a cc u r ac y   ( 0 . 9 8 ) ,   p r ec is io n   ( 0 . 9 8 ) ,   r ec al ( 0 . 9 8 ) ,   a n d   F1 - s co r e   ( 0 . 9 8 ) .   T h AUC  f o r   d ia b etes  class if icatio n   was  0 . 9 9 ,   in d icatin g   s tr o n g   d is cr im in ati v p o wer .   T h ese  r esu lts   af f ir m   th p r o m is o f   L L Ms  in   s tr u ctu r ed   clin ical  p r ed ictio n   task s .   T h p r ed icti v p er f o r m a n ce   o f   th e   m o d el   was  f u r th er   ass ess ed   u s in g   R OC   cu r v es  ac r o s s   v ar io u s   clin ical  co n d itio n s .   T h m o d el  d em o n s tr ated   h ig h   d is cr im in atio n   ac r o s s   all  ev alu ated   co n d itio n s.   Sp ec if ically ,   th AUC  f o r   d iab etes  was  0 . 9 9 ,   in d icatin g   h ig h   ac cu r ac y   in   d is tin g u is h in g   d iab etic  f r o m     non - d iab etic  s u b jects  an d   d e m o n s tr atin g   ef f ec tiv ca p a b ilit y   to   id en tif y   in d iv i d u als  with   d iab etes.  T h h i g h   AUC  v alu es  co n f ir m   th e   m o d el’ s   ef f ec tiv class if icatio n   o f   in d iv id u als  in to   th eir   c o r r ec t   d iag n o s tic  g r o u p s ,   u n d er s co r i n g   its   s tr o n g   p o ten t ial  to   aid   ea r ly ,   p r ec is d iag n o s is   o f   d iab etes.  Fig u r 7   p r e s en ts   co m p ar ativ e   p er f o r m an ce   an aly s is   o f   Ad a B o o s t,  RF ,   an d   L L m o d els,  ev alu ated   ac r o s s   f o u r   k ey   m etr ics:   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all ,   an d   F1 - s co r e.   L L c o n s is ten tly   o u tp e r f o r m s   Ad aBo o s an d   RF ,   ac h ie v in g   9 8 ac r o s s   all  m etr ics,  wh ile  Ad aBo o s an d   RF   s h o h ig h   b u s lig h tly   v ar ied   r esu lts .   No tab ly ,   A d a B o o s ac h iev es  th h ig h est  p r ec is io n   am o n g   th M L   m o d els,  at  9 8 %,  alth o u g h   it  h as  co m p a r ativ ely   lo wer   r ec all  o f   9 1 %.  T h is   f ig u r u n d e r s co r es  th p r ed ictiv p o wer   o f   f ew - s h o t - tr ain ed   L L Ms  an d   h i g h lig h ts   th co m p etitiv e   p er f o r m an ce   o f   en s em b le  ML   m eth o d s .           Fig u r 7 .   C o m p a r is o n   b etwe e n   th h ig h est p e r f o r m an ce   m eth o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   2 ,   J u n 2 0 2 6 :   7 9 0 - 803   798   3 . 4 .     Co nfidence   inte rv a ls   a n d m o del r o bu s t nes s   I n   th is   p ar t,  th s tab ilit y   an d   r o b u s tn ess   o f   th Ad aBo o s t m o d el  wer ev alu ated   to   d eter m i n wh eth er   its   p er f o r m an ce   r e m ain ed   co n s is ten ac r o s s   d if f er en d ata  s am p les  r ath er   th an   b ein g   s tr o n g   o n ly   i n   s in g le  test   s et tin g .   T o   d o   th is ,   th e   m o d el  was  tr ain ed   m u ltip le   tim es  an d   test ed   o n   u n s ee n   d ata  in   ea ch   r u n .     W h en   tr ain ed   o n   8 , 0 0 0   r e co r d s   an d   e v alu ated   o n   2 , 0 0 0   r e co r d s ,   th e   m o d el  ac h iev e d   an   ac cu r ac y   o f   9 5 . 8 %   with   9 5 C I   o f   9 4 . 9 9 % 9 6 . 4 6 %,  a   p r ec is io n   o f   9 1 . 6 ( 9 5 C I 9 0 . 3 6 % 9 2 . 6 9 %),   r ec all  o f   8 7 . 5 %     ( 9 5 C I 8 6 . 0 5 % 8 8 . 8 3 %),   a n d   an   F1 - s co r o f   8 9 . 5 ( 9 5 C I 8 8 . 1 6 % 9 0 . 7 2 %).   I n   a d d itio n ,   th e   m o d el  p r o d u ce d   R OC - AU C   o f   0 . 9 8 8 ,   p r ec is io n - r ec all - AUC  o f   0 . 9 6 ,   an d   B r ier   s co r o f   0 . 0 2 9 .   T h ese  r esu lts   in d icate   th at  th Ad aBo o s m o d el  m ain tain ed   h ig h   p r ed ictiv e   p er f o r m an ce   a n d   r eliab le  p r o b ab ilit y   esti m atio n   ac r o s s   r ep ea ted   ev alu atio n s .     3 . 5 .     St a t is t ica s ig nifica nce  t esting   T - test s ,   as  s h o wn   in   T ab le  2 ,   r ev ea s tatis tically   s ig n if ican d if f er en ce s   in   all  co n tin u o u s   f ea tu r es     ( p   <0 . 0 0 1 ) ,   in clu d in g   ag e,   B M I ,   Hb A1 c,   an d   b lo o d   g lu c o s e.   C h i - s q u ar test s ,   as  s h o wn   in   T ab le  3 ,   co n f ir m ed   th at  all  ca teg o r ical  v ar iab les   ( g en d e r ,   h y p e r ten s io n ,   h ea r d is ea s e,   an d   s m o k in g   h is to r y )   wer s ig n if ican tly   ass o ciate d   with   d iab etes   s tatu s   ( p   <0 . 0 0 1 ) .   Similar ly ,   th c h i - s q u ar test   f o r   ca teg o r ical  v ar iab les  ( T ab le  3 )   in d icate s   th at  all  ca teg o r ical  p r ed icto r s   ar s ig n if ican tly   ass o ciate d   with   d iab etes statu s .       T ab le  2 .   T - test s   ( co n tin u o u s   v ar iab les)   F e a t u r e   t - st a t i s t i c   p - v a l u e   A g e   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1   B M I   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1   H b A 1 c   l e v e l   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1   B l o o d   g l u c o s e   l e v e l   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1     T ab le  3 .   C h i - s q u ar e   test s   ( ca teg o r ical  v ar ia b les)   F e a t u r e   χ2 - st a t i st i c   p - v a l u e   G e n d e r   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1   H y p e r t e n si o n   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1   H e a r t   d i s e a s e   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1   S mo k i n g   h i st o r y   S i g n i f i c a n t   p   < 0 . 0 0 1         3 . 6 .     F e a t ure  i m po rt a nce   A   s im p le  m o d el  ca lled   LR   was  u s ed .   I t   g av e   s co r es  to   ea ch   h ea lth   f ea tu r e.   Hig h er   s co r es  i n d icate   a   g r ea ter   lik elih o o d   o f   d iab ete s   d iag n o s is .   T h to p   s ig n s   wer Hb A1 an d   b lo o d   s u g ar .   T h en   ca m B MI ,   ag e,   an d   b lo o d   p r ess u r e.   T h ese  r e s u lts   ar co n s is ten wit h   wh at  d o cto r s   ty p ically   ch ec k .   T h ey   also   ag r ee   with   r esu lts   f r o m   s tr o n g er   m o d els,  s u ch   as  Ad aBo o s t.   No   ad v an c ed   m ath   was  u s ed .   T h e   m o d el   ass ig n ed   ea ch   item   n u m b er   ( a   co ef f icie n t) ,   a n d   th s ig n if ican ce   o f   th at  n u m b er   was  e x am in e d .   Fig u r 8   s h o ws  h o s o m e   f ea tu r es st o o d   o u t m o r e   th an   o th er s .   T h is   in d icate s   th at  th m o d el  o b s er v es th s am p atter n s   as r ea l d o cto r s .           Fig u r 8 .   Featu r e   im p o r ta n ce   b ased   o n   LR   co e f f icien ts   co n f i r m s   th s tr o n g   ass o ciatio n   o f   Hb A1 an d   g lu co s m etr ics with   d iab etes c lass if ic a tio n       3 . 7 .     M o del  c a lib ra t io n   ca lib r atio n   c u r v e   was  d r aw n   u s in g   th Ad aBo o s m o d el   ( tr ain ed   o n   3 , 0 0 0   r ec o r d s ) .   T h r esu lts   f o llo wed   th 4 5 - d e g r ee   r e f er e n ce   lin f air ly   well,   esp ec iall y   in   th m id d le -   an d   h ig h - p r o b ab ilit y   ar ea s .   T h is   in d icate s   th at  th m o d el  p r o d u ce d   r eliab le  p r o b ab ilit ies  an d   co u ld   in f o r m   clin ical  d ec is io n - m ak in g .   Fig u r 9   illu s tr ates  th ca lib r atio n   cu r v co m p ar i n g   p r ed icted   p r o b ab ilit ies  with   o b s er v ed   o u t co m es.  T h d ash ed   d iag o n al  lin r ep r esen ts   p er f ec tly   ca lib r ated   p r ed ictio n s ,   wh er p r ed icted   p r o b ab ilit i es  ex ac tly   m atch     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       Usi n g   ma ch in lea r n in g   to   u n d ers ta n d   th r o o t c a u s es o f ty p 2   d i a b etes …   ( Mo h a mma d   S a ee d   A l G h a md i)   799   o b s er v ed   ev e n f r eq u e n cies.  T h Ad aBo o s m o d el  clo s ely   f o llo ws  th is   r ef er en ce   lin e,   in d icatin g   r eliab le  p r o b a b ilit y   esti m atio n   an d   s tr o n g   clin ical  ap p licab ilit y .           Fig u r 9 .   C alib r atio n   c u r v e   s h o win g   p r e d icted   v s .   o b s er v ed   p r o b a b ilit ies f o r   th Ad aBo o s t   m o d el       3 . 8 .     Cro s s - v a lid a t io n str a t eg y   B ey o n d   th in itial  7 0 /3 0   tr ain - test   s p lit  ( s tr atif ied ) ,   5 - f o ld   s tr atif ied   k - f o ld   cr o s s - v alid atio n   ( CV )   was  em p lo y ed   d u r in g   tu n in g   ( k   =5 ,   s h u f f le   =   t r u e)   to   esti m at g en er aliza tio n .   Fo r   th e   f in al  ev alu atio n ,   m o d els   wer r etr ain ed   o n   th e   f u ll   tr ai n in g   f o ld s   a n d   test ed   o n   an   u n s ee n   3 0 %   ( n   2 9 , 6 0 0 ) .   Var i ab ilit y   was  ass ess e d   v ia  th r ee   r ep ea ted   r u n s   ( d if f er en s ee d s 4 2 ,   1 2 3 ,   4 5 6 ) ,   an d   m ea n s   ±   SD  wer r ep o r ted .   T h is   y i eld ed   tig h C I s   ( e. g . ,   Ad aBo o s t a cc u r ac y : 9 7 . 2 6 0 . 4 2 %),   co n f ir m in g   s tab ilit y .     3 . 9 .     I nte rpre t a bil it y   a na ly s i s   T o   im p r o v th in ter p r etab ilit y   o f   th p r ed ictio n   m o d els,  SHAP  v 0 . 4 2 . 0   was  em p lo y ed   t o   co m p u te   k er n el  SHAP  ap p r o x im atio n s   f o r   th test   s et  u s in g   1 0 0   b ac k g r o u n d   s am p les.  Glo b al  f ea t u r im p o r tan ce   was   ass es s ed   u s in g   th m ea n   ab s o lu te  SHAP  v alu es  co m p u ted   ac r o s s   1 , 0 0 0   test   s am p les.  T h an aly s is   s h o wed   th at  Hb A1 was  th e   m o s in f l u en tial  p r e d icto r   with   a   SHAP  v alu o f   0 . 2 8 ,   an d   v al u es  ab o v 6 . 5 ac co u n ted   f o r   6 2 o f   d iab etic  attr ib u tio n s .   B lo o d   g lu co s was  th s ec o n d   m o s im p o r ta n f ea tu r wit h   SHAP  v alu o f   0 . 2 2 ,   s h o win g   s tr o n g   in ter ac tio n   with   Hb A1 c,   wh ile  f asti n g   g lu co s lev els  ab o v 1 2 6   m g /d L   in cr ea s ed   th r is k   o d d s   b y   3 . 2   tim es.  B MI   also   p lay e d   a   s ig n if ican t   r o le  with   SHAP  v alu o f   0 . 1 5 ,   wh er o b esit y   lev els  ab o v 3 0   e x p lain e d   1 8 o f   th v ar ian ce ,   f o llo we d   b y   ag e   w ith   SHAP  v alu o f   0 . 1 2 ,   in d i ca tin g   h ig h er   r is k   am o n g   i n d iv id u als  o ld er   t h an   4 5   y ea r s .   Hy p er ten s io n   co n t r ib u ted   SHAP  v alu o f   0 . 0 9 ,   wh er its   p r esen ce   in cr ea s ed   th e   lo g - o d d s   b y   0 . 1 4 ,   wh ile  g en d e r   a n d   s m o k in g   h is to r y   h a d   r elativ el y   s m aller   co n tr ib u tio n s   with   SHAP  v alu es  o f   0 . 0 3   an d   0 . 0 2 ,   r esp ec tiv ely ,   alth o u g h   cu r r en s m o k in g   s h o wed   th s tr o n g e s ef f ec with in   th s m o k in g   ca teg o r ies.     3 . 1 0 .     Clini ca re lev a nce  o f   t o p pre dict o rs   T o p   f ea tu r es  m a p   d i r ec tly   to   Am er ican   Diab etes  Ass o ciatio n   ( ADA) /W HO  g u id eli n es  [ 2 5 ] Hb A1 c/g lu co s as  d iag n o s tic  g o ld   s tan d ar d s   ( s en s itiv ity   9 7 wh en   c o m b in e d ) B MI /ag e/h y p er te n s io n   as   m o d if iab le  r is k s   in   Sau d co n tex ts   ( e. g . ,   s ed en tar is m   ex ac er b ates  o b esit y p r ev alen ce   3 5 [ 1 ] ) .   SHAP   co n f ir m s   ca u s al  p lau s ib ilit y e. g . ,   +1 Hb A1 s h if ts   p r ed ictio n   p r o b ab ilit y   f r o m   0 . 2   to   0 . 6 5 en ab lin g   p er s o n alize d   in ter v e n tio n s   ( e. g . ,   m etf o r m in   f o r   h ig h - H b A1 c) .   I n   h ig h - p r ev ale n ce   Sau d s ettin g s ,   th is   p r io r itizes   co s t - ef f ec tiv s cr ee n in g   ( e. g . ,   Hb A1 c   test s   at  SA R   5 0 ) ,   p o te n tially   r ed u ci n g   in cid en ce   b y   2 0 v ia   ea r ly   f lag g i n g   [ 2 6 ] .   L im itatio n s SHAP  as s u m es  f ea tu r in d ep en d en ce f u t u r ca u s al  ML   ( e. g . ,   Do W h y )   co u ld   d is en tan g le  co n f o u n d er s   lik d iet.     3 . 1 1 .     Co m pa riso n wit ex is t ing   m o dels   T ab le   4   p r esen ts   co m p ar ativ o v er v iew  o f   th p r o p o s ed   f r am ewo r k   ag ain s r ep r esen tativ d iab etes  p r ed ictio n   ap p r o ac h es  r ep o r t ed   in   p r io r   s tu d ies.  Mo s ex is tin g   wo r k s   r ely   o n   r elativ ely   s m all  d atasets ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.