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 .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 6 ,   p p .   3 2 0 2 ~ 3 2 1 7   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 4 . p p 3 2 0 2 - 3 2 1 7           3202       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Deep  trans fer  learning  archite ctur e f o r de press io n d etec tion   using  P H Q - 9  ana ly sis  in  Beng a luru  urba n pop ula tion       U .   Ana ntha na g u ,   P o o j a   Ag a rwa l   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   P ES   U n i v e r si t y ,   B e n g a l u r u ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   3 0 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma y   2 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 9 ,   2 0 2 6       In   th e   m e tro p o li tan   c it ies   in   In d ia,  th e re   is  a   s c a rc it y   o f  p o p u lat io n - b a se d   sta ti stics   o n   d e p re ss io n   p re v a len c e .   Th is   stu d y   u ti li z e d   t h e   p a ti e n t  h e a lt h   q u e stio n n a ire - 9   (P HQ - 9 )   in str u m e n t  to   lo o k   a t  t h e   p re v a le n c e   a n d   ris k   fa c to rs  fo r  d e p re ss io n   in   m a jo r  m e tro p o li tan   c it ies .   Th is  st u d y ' s  p o p u lati o n - b a se d   a n a ly sis   i d e n ti fies   m a jo r  d e m o g ra p h ic  a n d   so c i o e c o n o m ic   c h a ra c teristics   a s so c iate d   with   d e p re ss io n   in   a n   In d ian   u rb a n   c o n tex t.   Th is   q u a n t it a ti v e   i n q u ir y   c o n d u c ted   a   p o p u lat io n - c e n tri c   a n a ly sis   o f  9 8 7   p e o p le  fro m   a   m e tro p o l it a n   c it y .   De p re s sio n   wa s  m e a su re d   a n d   v a li d a ted   u si n g   th e   P HQ - 9   q u e stio n n a ire  to   c a lcu late   th e   p re v a len c e   ra tes   a n d   s o c io d e m o g ra p h ic   c h a ra c teristics .   A  d e e p   tran sfe r  l e a rn in g   fra m e wo rk   i n teg ra ti n g   v isu a l  a n d   tex tu a l  fe a tu re s  wa s  p ro p o se d   f o r   a u to m a ted   c las sifica ti o n   o f  d e p r e ss io n ,   to   a ss e ss   m e n tal  h e a lt h   p a tt e rn s  in   u rb a n   p o p u lati o n s.  De p re ss io n   sy m p to m s   we re   c o m m o n ,   with   m a n y   re sp o n d e n ts  re p o rti n g   p e rsiste n t   sy m p to m s  li k e   a   p e rsiste n t  lac k   o f   in tere st,  p e rv a s iv e   so rr o w,  sle e p   d iffi c u lt ies ,   a n d   su ici d a l  id e a ti o n .   Biv a riate   stu d ies   fo u n d   re latio n sh i p s  b e twe e n   th e se   sy m p to m s  a n d   o th e r  d e m o g ra p h ic  a n d   so c i o e c o n o m ic  c h a ra c teristics ,   wh e re a s  m u lt iv a riate   a n a ly sis  re v e a led   si g n if ica n t  p r e d icto rs.  I n   a d d it i o n ,   t h e   c las sifica ti o n   o f   p e o p le’s   stre ss   in   m e tro p o li tan   re g io n s  is  a n a ly z e d   t h ro u g h   v a r io u s  p re - train e d   m o d e ls  to   sh o w   b e tt e r   o u tc o m e s.  Th e   su b sta n ti a l  li n k   b e twe e n   so c io d e m o g ra p h ic  c h a ra c teristics   a n d   d e p re ss io n   lev e ls  s h o ws   t h e   imp o rtan c e   o f   m e n tal  h e a lt h   in terv e n ti o n s f o r  t h is u r b a n   I n d ia n   p o p u latio n .   K ey w o r d s :   Dep r ess io n   Patien t h ea lth   q u esti o n n air e - 9   Po p u latio n - b ased   an aly s is   Qu an titativ e  r esear ch   R esNet - 50   Statis t ical  an aly s is   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 :   U.   An an th an ag u   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 ,   PES U n i v er s ity   E lectr o n ic  C ity   C am p u s ,   B en g alu r u ,   Kar n atak a,   I n d ia   E m ail:  p es1 p d 2 0 cs0 0 6 @ p esu . p es.e d u       1.   I NT RO D UCT I O N   Dep r ess io n   is   a  m ajo r   m e n tal  h ea lth   d is o r d er   th at  af f ec ts   e m o tio n al  well - b ein g ,   c o g n itiv e  f u n ctio n ,   an d   d aily   life   ac tiv ities   o f   m il lio n s   wo r ld wid e  [ 1 ] .   C o m m o n   s y m p to m s   in clu d e  s ad n ess ,   s leep   d is tu r b an ce s ,   f atig u e,   an d   lo s s   o f   in ter est,  wh ich   n eg ativ ely   im p ac t  p er s o n al,   s o cial,   an d   o cc u p atio n al  f u n ctio n in g   [ 2 ] .  S o c i o e c o n o m i c   s t at u s ,   i n c l u d in g   i n c o m e ,   e d u c a t i o n ,   e m p l o y m e n t ,   a n d   h o u s i n g   c o n d i ti o n s ,   p l a y s   a n   i m p o r t a n t  r o l e   i n   m e n t a l   h e a l t h   o u t c o m e s ,   p a r t i c u l a r l y   d e p r e s s i o n   [ 3 ] .   F a c t o r s   s u c h   as   e d u c a t i o n   a n d   o c c u p a t i o n   i n f l u e n c e  a c c e s s   t o   h e a lt h c a r e ,   c o p i n g   a b i l i ti e s ,   a n d   s o c i al   s u p p o r t   s y s t em s ,   t h e r e b y   a f f e c ti n g   p s y c h o l o g i c a l   w el l - b e i n g   [ 4 ] .   Pre v io u s   s tu d ies  h av e   r ep o r te d   th at  lo wer   s o cio ec o n o m ic  s tatu s   is   s tr o n g ly   ass o ciate d   w ith   h ig h e r   lev els  o f   d ep r ess io n   [ 5 ] .   Ho wev er ,   m o s t  in v esti g atio n s   wer e  co n d u cte d   in   W ester n   p o p u latio n s   an d   o f ten   o v er lo o k ed   cu ltu r al  an d   r eg io n al  in f lu en ce s   o n   m en tal  h ea lth   o u tco m es  [ 6 ] .   C u ltu r al  p r es s u r es,  o cc u p atio n al   s tr ess ,   an d   tr ad itio n al  s o cial  r o les  m ay   s ig n if ican tly   in f lu en c e  d ep r ess io n   p atter n s   in   d if f er en t  p o p u latio n s   [ 7 ] .  I n   ad d itio n ,   m an y   ea r lier   s tu d i es  r elied   o n   co n v en tio n al  s tatis tical  ap p r o ac h es,  wh ich   ar e   lim ited   in   ca p tu r i n g   th e  co m p lex   an d   n o n - lin ea r   r el atio n s h ip s   am o n g   s o cio ec o n o m ic  an d   p s y c h o lo g ical  f ac to r s   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   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       Dee p   tr a n s fer lea r n in g   a r ch itectu r e  fo r   d ep r ess io n   d etec tio n   u s in g   P HQ - 9   a n a lysi s   in   …   ( U .   A n a n th a n a g u )   3203   T r ad itio n al  d ep r ess io n   ass ess m en t  m eth o d s   m ain ly   r ely   o n   s tan d ar d ized   q u esti o n n air es  s u ch   as  th e  h am ilto n   d ep r ess io n   r atin g   s c ale  an d   b ec k   d ep r ess io n   in v e n to r y   [ 1 0 ] .   Alth o u g h   wid ely   u s ed   in   clin ical  an d   r esear ch   s ettin g s ,   th ese  ap p r o ac h es  ar e  o f ten   af f ec ted   b y   s u b jectiv e  r esp o n s es,  liter ac y   lim itatio n s ,   an d   r esp o n d en t   b ias  [ 1 1 ] .   I n   ad d i tio n ,   co n v en tio n al   s tatis tical  tech n iq u es  an d   b asic  m ac h i n e  lear n in g   m o d els,  in clu d in g   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in es  an d   l o g is tic  r eg r es s io n ,   h av e   lim itatio n s   in   h an d lin g   c o m p lex ,     h ig h - d im e n s io n al,   an d   m u ltim o d al  d ep r ess io n   d ata  [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   R ec en t  ad v an ce s   in   ar tific ial  in tellig en ce   an d   d ee p   lear n i n g   h av e  im p r o v ed   t h e  an aly s is   o f   lar g e  an d   co m p lex   h ea lth ca r e  d atasets   b y   id en tify i n g   h id d en   p atter n s   an d   n o n - lin ea r   r elatio n s h ip s   th at  tr ad itio n al   s tatis t ical  ap p r o ac h es m ay   o v e r lo o k   [ 1 4 ] .   Dee p   lear n in g   m o d els  ca n   ef f ec tiv el y   p r o ce s s   h ig h - d im en s io n al   an d   m u ltimo d al  d ata,   in cl u d in g   t ex t  an d   im ag es,   lead in g   to   im p r o v e d   m e n tal  h ea lth   p r ed i ctio n   p e r f o r m an ce .   T h er ef o r e,   th is   s tu d y   p r o p o s es  a  d ee p   tr an s f er   lear n in g   f r am ewo r k   f o r   ac c u r ate  d ep r ess io n   s ev er ity   class if icatio n   in   u r b an   p o p u l atio n s   u s in g   p atien t  h ea lth   q u esti o n n air e - 9   ( PHQ - 9)   d ata   [ 1 5 ] :   i)   t o   an aly ze   d ep r ess io n   p r e v alen ce   in   m et r o p o litan   p o p u latio n s   u s in g   PHQ - 9   d ata ,   ii)  t o   i d en tify   d em o g r ap h ic  f ac to r s   ass o ciate d   with   d ep r ess io n   s e v er ity ,   iii)  t o   s u p p o r t  d ata - d r i v en   m en tal  h ea lth   in ter v e n tio n s   an d   p u b lic  h ea lth   p lan n in g ,   an d   iv )   t o   d ev el o p   a   d ee p   tr an s f er   lear n in g - b ased   f r am ewo r k   f o r   au t o m ated   d ep r ess io n   class if icatio n   u s in g   m u ltimo d a l f ea tu r e  an aly s is .   So m e  o f   t h e  r ec en t   s tu d ies  r elate d   to   o u r   wo r k   ar e   r ev ie wed   as  f o llo ws.  T h e   au th o r s   [ 1 6 ] – [ 1 8 ]   h ig h lig h ted   th e  in c r ea s in g   p r e v alen ce   o f   d ep r ess io n   an d   co m m o n   m en tal  d is o r d er s   in   I n d ia,   em p h asizin g   th e   n ee d   f o r   ea r ly   s cr ee n in g ,   m en tal  h ea lth   awa r en ess ,   an d   ef f e ctiv e  clin ical  ass e s s m en t.  T h eir   f in d in g s   f u r th er   d em o n s tr ated   s ig n if ican t  ass o ciatio n s   b etwe en   d ep r ess io n   an d   f ac to r s   s u ch   as  m ed ical  co m o r b id ities ,   ac ad em ic  s tr ess ,   an x iety ,   a g e,   an d   s o cio - d em o g r ap h ic  co n d itio n s .   Fu r th er m o r e,   Sh en o y   e t  a l.   [ 1 9 ]   id e n tifie d   an   elev ated   s u icid e  r is k   a m o n g   in d iv i d u als  with   c o m m o n   m en tal  d is o r d er s   a n d   ch r o n ic  illn ess es,   u n d er s co r i n g   th e   im p o r tan ce   o f   tar g eted   m en tal  h ea lth   in ter v en tio n s   an d   p r e v en ti v e  ca r e  s tr ateg ies.   Srin iv asan   et  a l.   [ 2 0 ]   r ep o r ted   r ed u ce d   d ep r ess io n   le v els  f o ll o win g   co lla b o r ativ e   ca r e  i n ter v en tio n s ,   wh ile   th e  au th o r s   [ 2 1 ] – [ 2 3 ]   v alid ated   t h e  r eliab ilit y   an d   e f f ec tiv en e s s   o f   PHQ - 9   ac r o s s   d if f er en t   d em o g r ap h ic  a n d   cu ltu r al  p o p u latio n s .   I n   ad d itio n ,   th e   r esear ch er s   [ 2 4 ] – [ 2 6 ]   h ig h lig h ted   th e   im p ac t   o f   m ed ical   an d   s o cio d em o g r ap h ic   f ac to r s   o n   d e p r ess io n   ass ess m en t  an d   s cr ee n i n g .   T h e   au th o r s   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ]   f u r th e r   d em o n s tr ated   th e  ap p licab ilit y   o f   PHQ - 9   in   d iv er s e  p o p u l atio n s ,   em p h asizin g   th e  im p o r tan ce   o f   cu ltu r ally   ad ap tiv e  m e n tal  h ea lth   ev al u atio n   ap p r o ac h es.  Uy u la n   et   a l.   [ 2 9 ]   d ev el o p ed   a  d ee p   co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k   ( C NN ) - b ased   elec tr o en ce p h alo g r a p h y   ( EEG )   f r am ewo r k   u s in g   R esNet - 5 0 ,   Mo b ileNet,   an d   I n ce p tio n - v 3   m o d els  f o r   m a jo r   d e p r ess iv e  d is o r d er   d ete ctio n ,   d em o n s tr atin g   th e  ef f ec tiv en ess   o f   d ee p   lear n in g   in   d ep r ess io n   d iag n o s is .   Similar ly ,   So f ia  et  a l .  [ 3 0 ]   ap p lied   m ac h in e  lear n in g   tech n iq u es  s u ch   as   d ec is io n   tr ee ,  k - n ea r est  n eig h b o r s ,   a n d   n aiv e  B ay es  to   s u r v ey - b ased   d ep r ess io n   ass ess m en t,  h ig h lig h tin g   th e   im p o r tan ce   o f   ea r l y   d etec tio n   an d   a u to m ated   m en tal  h ea lth   ev alu atio n .   Sid d iq u a  et  a l.   [ 3 1 ]   d e v elo p ed   m ac h in e  lear n in g - b ased   a p p r o ac h es  f o r   d ep r ess io n   p r ed ictio n   am o n g   u n iv e r s ity   s tu d en ts   u s in g   q u esti o n n air e   d ata,   wh ile  L i  et  a l.   [ 3 2 ]   e x am in ed   th e  r elatio n s h ip   b et wee n   s u b jectiv e  well - b ein g   an d   d ep r ess io n .   I n   ad d itio n ,   Kim   [ 3 3 ]   an aly ze d   t h e  ass o ciatio n   b etwe en   s o cio ec o n o m ic  f ac to r s   an d   d ep r ess io n   u s in g   PHQ - 9   d ata  f r o m   a   lar g e  p o p u latio n   s t u d y ,   h ig h lig h tin g   t h e  in f lu e n ce   o f   in co m e,   ed u ca tio n ,   m ar ital  s tatu s ,   an d     wo r k - r elate d   f ac to r s   o n   m en ta l h ea lth   o u tco m es.    Pre v io u s   s tu d ies  p r im ar ily   r e lied   o n   tr ad itio n al  s tatis tical  ap p r o ac h es  o r   b asic  m ac h i n e   lear n in g   tech n iq u es  f o r   d e p r ess io n   an aly s is .   L im ited   r esear ch   h as   in teg r ated   v alid ated   clin ical   m ea s u r es  s u ch   as     PHQ - 9   with   m u ltimo d al  d ee p   tr an s f er   lear n in g   f r am ewo r k s   th at  co m b in e   tex tu al  an d   v is u al  f ea tu r es  f o r   au to m ated   d e p r ess io n   d etec ti o n .   I n   ad d itio n ,   th e   s ca lab ilit y   an d   r ea l - wo r ld   ap p licab ilit y   o f   s u ch   m o d els  in   u r b an   m en tal  h ea lth   s ettin g s   r em ain   u n d er ex p lo r ed .   E x is tin g   s tu d ies  also   p r o v id e  li m ited   atten tio n   to   co n v o l u tio n al  b lo ck   atte n tio n   m o d u le  ( C B AM ) - b ased   p r etr ain ed   ar c h itectu r es  f o r   im p r o v in g   class if icatio n   p er f o r m an ce .   T h er ef o r e,   th is   s tu d y   p r o p o s es  m u ltimo d al  d ee p   tr an s f er   lear n in g - b ased   f r am ewo r k   in teg r atin g   R esNet - 5 0 ,   b id ir ec tio n al  en c o d er   r e p r esen tatio n s   f r o m   tr a n s f o r m er s   ( B E R T ) - C NN,   an d   C B AM - en h an ce d   I n ce p tio n V3   a r ch itectu r es  to   i m p r o v e  d ep r ess io n   class if icatio n   ac cu r ac y   an d   s u p p o r t  s ca l ab le  u r b an   m en tal  h ea lth   ass ess m en t.  T h e   in teg r atio n   o f   m u ltimo d al   d ee p   t r an s f er   lear n in g   with   b io - in s p ir ed   o p tim izatio n   estab lis h es  a  clin ically   in ter p r etab le  an d   s ca lab le  ar tific ial  i n tellig en ce   ( AI ) - d r iv e n   f r am e wo r k   f o r   d ep r ess io n   ass es s m en t a n d   h ea lth ca r e  d ec is io n   s u p p o r t.       2.   M E T H O D   T h is   s tu d y   em p lo y s   a  q u an tita tiv e  r esear ch   d esig n   th at  u tili ze s   p o p u latio n - b ased   m et h o d o lo g ies.  T h e  o b jectiv e  was  to   ex am in e  th e  p r ev alen ce   an d   ass o ciate d   f ac to r s   o f   d ep r ess io n   am o n g   in d iv id u als  ag ed     1 7   to   4 0   in   th e  city   o f   B en g alu r u ,   Kar n atak a.   T h e  s am p le  co m p r is ed   9 8 7   r esp o n d en t s ,   s elec ted   th r o u g h   s tr atif ied   r an d o m   s am p lin g   to   en s u r e  r ep r esen tatio n   ac r o s s   v ar io u s   d em o g r ap h ic  g r o u p s .   Data   wer e  co llected   u s in g   t h e   PHQ - 9 ,   wh ich   ev alu ates  d ep r ess iv e  s y m p to m s   ex p er ien ce d   o v er   th e   p r ec ed in g   f o r tn ig h t.   T h e   PHQ - 9   co m p r is es  a  s er ies  o f   n i n e  in q u ir ies  r ated   ac co r d i n g   to   a  co n tin u u m   o f   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 .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 2 0 2 - 3 2 1 7   3204   r esp o n s es:  "No t  at  all, "  " Se v er al  d ay s , "  "M o r e  th an   h al f   th e  d ay s , "  an d   "Ne ar ly   ev er y   d ay "  [ 3 4 ] .   T h e   r esp o n s es  ar e  ca teg o r ized   in to   f o u r   d is tin ct  lev els  o f   d ep r ess iv e  s ev er ity :  n o r m al  ( 0 - 9 ) ,   m ild   ( 1 0 - 1 3 ) ,   m o d er ate  ( 1 4 - 2 0 ) ,   an d   s ev e r e  ( 2 1 - 2 7 )   [ 3 5 ] .   T h e  co llected   d ata  wer e  an al y ze d   u s in g   SP SS   m ajo r   tech n iq u es.  I n   a  p r ev io u s ly   p u b li s h ed   SP SS   s tu d y ,   a  b iv ar iate  an aly s is   was  co n d u cted   to   in v esti g ate  th e  v ar ied   ass o ciatio n s   b etwe en   d em o g r ap h ic  f ac to r s   an d   d ep r ess io n   r atin g .   T h e   d em o g r ap h ic  f ac t o r s   wer e   g en d er ,   lev el   o f   ed u ca tio n ,   ag e,   in co m e  a n d   m ar ital  s tatu s .   C r o s s tab s ,   s y m m etr ic  m ea s u r es,  an d   t o   d eter m i n e  wh eth er   a  c o r r elatio n   ex i s ts   at  s tat is tical ly   s ig n if ican t  lev els,  ch i - s q u ar e  test s   wer e  em p lo y ed .   C o v ar iate  ef f ec ts   o n   d ep r ess io n ,   o n   th e  o th er   h an d ,   wer e   ex am in ed   u s in g   m u ltip le  r e g r ess io n   an d   m u ltiv ar iate  an al y s is   to   ass e s s   all  p r ed icto r s   w h ile  co r r ec tin g   f o r   co n f o u n d in g   v ar ia b les.     2 . 1 .     M ent a l hea lt h a na ly s is   by   pre - t ra ined m o dels   T h is   p r o p o s ed   wo r k   p r esen ts   a  n ew  f r am ewo r k   b ased   o n   d ee p   tr an s f er   lear n in g ,   wh ic h   in clu d es   m u ltip le  p r etr ain ed   m o d els  o r g an ized   u s in g   a  p ar allel  ar c h itectu r e  to   s u cc ess f u lly   r ec o g n i ze   d ep r ess io n .   T h e   m o d el  f ea tu r es  a  d u al - b r an c h   R esNet - 5 0   b ac k b o n e.   I n   th e  f ir s t  b r an ch ,   a  B E R T - C NN  h y b r id   m o d u l e   co m b in es  co n tex t u al  s em an tic  ( tex tu al)   an d   l o w - lev el  v is u al  in f o r m atio n   f ea tu r es.  Ad v an ce d   co n tex tu a l   em b ed d in g   tech n iq u es  wer e  i n co r p o r ated   to   im p r o v e  s em a n tic  f ea tu r e  ex tr ac tio n   f r o m   PHQ - 9   r esp o n s es.   Fu tu r e  ex ten s io n s   m ay   i n teg r a te  tr an s f o r m er - b ased   m o d els  s u ch   as  R o B E R T a  an d   Dis til B E R T   f o r   en h a n ce d   lin g u is tic  u n d er s tan d i n g .   I n   a d d itio n ,   f o ca l  lo s s   an d   c o s t - s en s itiv e  lear n in g   s tr ateg ies  ca n   im p r o v e  m in o r ity   class   d etec tio n ,   p ar ticu lar l y   f o r   s ev er e   d e p r ess io n   ca teg o r ies.  I n   t h e  s ec o n d   b r an ch   o f   th e   d u al - b r an c h   ar ch itectu r e,   I n ce p tio n V3   is   co m b in ed   with   th e  C B AM   t o   id en tify   im p o r ta n t  s p atial  an d   ch a n n el - wis e   f ea tu r es.  T h e   f ea tu r es  f r o m   b o th   b r an ch es  ar e   co n ca ten ate d   an d   p ass ed   th r o u g h   a   f u lly   co n n ec ted   lay er   f o r   f in al  lab el  class if icatio n .   T h is   m u ltimo d al  co m b i n atio n   s u p p o r ts   d ep r ess io n   s y m p to m   an aly s is   an d     p r o m o tes  im p r o v ed   ea r ly - s ta g e  d e p r ess io n   id en tific atio n   an d   m e n tal  h ea lth   m o n ito r in g .   Fu r th e r m o r e ,   th e   p r o p o s ed   m et h o d   u tili ze s   th e  ad ap tiv e   o s p r ey   o p tim izati o n   al g o r ith m   (A - OOA)   to   o p tim ize  im p o r tan t  h y p er p ar am eter s   s u c h   as  e p o c h s ,   b atch   s ize,   an d   lea r n in g   r a te,   th er eb y   im p r o v in g   class if icatio n   p e r f o r m an ce   an d   co n v er g e n ce   s p ee d .     2 . 1 . 1 .   P re pro ce s s ing   Pre p r o ce s s in g   is   th e  f ir s t  s tep   in   o u r   p r o p o s ed   wo r k ,   c o n f ir m in g   th at  b o th   tex t u al  an d   v is u al  d ata  ar e   clea n ed ,   co n s is ten t,  an d   r ea d y   f o r   f ea tu r e  e x tr ac tio n .   I t  also   en h an ce s   th e   q u ality   o f   t h e  d ata  an d   allo ws  th e   m o d el  to   b etter   class if y   d e p r e s s io n   in   a  m o r e  co n s is ten t  way .   I n   th is   wo r k ,   d ata   clea n in g ,   n o r m aliza tio n ,   an d   m is s in g   v alu e  im p u tatio n   ar e  p er f o r m ed .   i)   Data   clea n in g :  d ata  clea n i n g   e lim in ates  ir r elev an t  e n tr ies,  s e g m en ted   PHQ - 9   r esp o n s es,  d u p licates,  an d   n o is y   v is u al  s am p les.  Data   p r ep ar atio n   f o r   tex t  d ata  en tails   r em o v in g   ir r elev an t  ch a r ac te r s ,   wh ile  p o o r   s am p les o r   co r r u p t im ag e  f iles   ar e  s im p ly   ex clu d ed   d u r in g   d ata  clea n in g .   T h is   r estricts th e  tr ain in g   s et  to   v alid ,   m ea n in g f u l in p u ts   f o r   th e  m o d el.   ii)   No r m aliza tio n :  n o r m aliza tio n   g u ar an tees  th e  n u m er ic  f ea t u r es  s u ch   as  PHQ - 9   s co r es  o r   im ag e - b ase d   v alu es ,   ar e   tr ea ted   id en tically   in   tr ai n in g .   No r m aliza tio n   r e s ca les  th e  f ea tu r es  to   a   p ar tic u lar   r a n g e   th at   ar e  n o w   all  in   th e  r a n g e   o f   [ 0 , 1 ] .   T h is   r ed u ce s   th e  e f f ec t  o f   h ig h - r an g e   v alu es   an d   allo ws  th e  m o d el  to   lear n   in   a  m o r e  s tab le  en v ir o n m en t.  No r m aliza tio n ,   u s in g   th e  d ef in itio n   o f   n a r r o win g   r an g e  m in - m ax   n o r m aliza tio n ,   is   d e f in ed   as   ( 1 ) .     = − ( ) m ax ( ) − ( )   ( 1 )     iii)   Miss in g   v alu e  im p u tatio n :  in co m p lete  r ec o r d s   o r   m is s in g   P HQ - 9   s co r es  ar e  co m m o n   in   s u r v ey   d ata.   I n   th ese  in s tan ce s ,   co u n ts   o f   m is s in g   v alu es a r e  n o t simp ly   r e co r d ed ,   an d   th e  u n its   ar e  n o t d is ca r d ed .   T o   f ill   in   m is s in g   v alu es  th at  e x is t,  th e  s co r es  ar e  f illed   with   a  s tat is tical  esti m ate  to   m ain tain   in teg r ity   in   d ata   ( u s e  o f   m ea n   o r   m ed ian ) .   T h is   m eth o d   e n s u r es th er e  is   co n s i s ten t in p u t f o r   d ee p   lea r n in g   a r ch itectu r e.     2 . 1 . 2 .   P a ra llel R esNet - 5 0   f o r  f ea t ure  ex t r a ct io n   Af ter   p r ep r o ce s s in g ,   th e   o u t p u t  p r o ce ed s   in   p ar allel  to   two   d is tin ct  b u t  c o m p lem en tar y   d ee p     tr an s f er   lear n in g   p ath wa y s   R esNet  with   B E R T   alo n g   with   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( R esB C NN) ,   an d   a tten tio n - b ased   I n ce p tio n R esNet  ( A - I R es).   I n   p ath   o n e,   a  R esNet - 5 0   m o d el  is   u s ed   f ir s t  to   b u ild   h ier ar ch ica l   f ea tu r e  r ep r esen tatio n s .   T h e  e x tr ac ted   f ea tu r es  ar e  th en   s ep ar ated   in to   two   p ar allel  b r an c h   s u b m o d u les.  T h e   f ir s t  b r an ch   im p lem en ts   B E R T   to   m o d el  co n tex tu al  an d   s eq u en tial  d ep en d en cies,  an d   th e  s ec o n d   b r an c h   im p lem en ts   a  C NN  p ip elin e  t o   b u ild   laten t  lo ca l  p atter n s   f o r   th e  in p u t  d ata.   T h e   o u tp u ts   o f   B E R T   an d   C NN  ar e  f u s ed   to   cr ea te  an   en h a n c ed   s em an tic  r ep r esen tatio n   o f   th e  o r ig in al  in p u t.  B r an c h   two   also   b eg in s   with   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       Dee p   tr a n s fer lea r n in g   a r ch itectu r e  fo r   d ep r ess io n   d etec tio n   u s in g   P HQ - 9   a n a lysi s   in   …   ( U .   A n a n th a n a g u )   3205   R esNet - 5 0   lay er s ,   b u t  th e   n ex t   m o d u les  ar e   an   i n ce p tio n   m o d u le  to   c o llect  m u lti - s ca le  co n v o lu tio n al  f ea tu r es   f r o m   t h e  ex t r ac ted   f ea t u r es.  T o   f u r th er   en h a n ce   th e   m o d el's  atten tio n   to   i n f o r m ativ e  s p atial  p atter n s   an d   ch an n el - b ased   p atter n s ,   a  C B AM   f o llo ws  a  s k ip - co n n ec ti o n   m ax - p o o lin g   o p e r atio n   to   e n ab le  th e  m o d el  to   d y n am ically   lear n   a n d   g u id e  t h e  m o s t  u s ef u l  f ea tu r es  f o r   cla s s if icatio n .   T h e  last   o u tp u ts   f r o m   ea ch   p ath ,   f ir s t  th e  R esn et  w ith   B E R T C N N  p ath ,   an d   s ec o n d   th e  a tten tio n - b ased   I n ce p tio n R esNet   p ath ,   ca n   b e  co n ca ten ate d   in to   a  weig h ted   f ea tu r e  v ec t o r ,   y ield in g   a  f in al  ar r ay   f ea tu r e  v ec to r .   T h e  co m b in ed   v ec to r   t h en   g o es  th r o u g h   a   d en s e  f u lly   co n n ec ted   la y er   co m b in ed   with   t h e  ac tiv atio n   f u n ctio n   s ig m o id ,   b ef o r e  p r o v id i n g   th e  f in al  class if icatio n   o u tp u t b ased   o n   s ev er ity   o f   d e p r ess io n .   T h e   p a r allel  R esNet  ar ch itectu r e  is   d ep icted   in   Fig u r e  1 .           Fig u r e  1 .   Ar c h itectu r e  o f   p ar al lel  R esNet - 50       R esNet  with   B E R T C N N:  th e   R es B C N N   m o d u le  s tar ts   wi th   th e  p r ep r o ce s s ed   in p u t  ap p lied   to   a   co n v o l u tio n al  lay er   7 ×7   co n ta in in g   6 4   f ilter s   f o llo wed   b y   a  m ax - p o o led   o p er atio n .   T h e  m ax - p o o led   o p er atio n   r ed u ce s   th e  o v er all  s p atial  d i m en s io n   o f   in p u t   d ata  wh ile  m ain tain in g   ess en tial  lo ca l  f e atu r es  o f   th e  o v er all   in p u t.  T h e  r esu ltin g   o u tp u t  f r o m   th is   o p er atio n   is   p ass ed   th r o u g h   two   g r o u p s   o f   m ajo r   r e s id u al  b lo ck s .   E ac h   g r o u p   is   m ad e  o f   s ets  o f   co n v o lu tio n s   with   1 ×1   k er n els,  a  3 ×3   k er n el,   an d   a  1 ×1   k er n el .   T h e  f ir s t  g r o u p   wer e   p er f o r m ed   th r ee   tim es  ( × 3 )   a n d   th e   s ec o n d   g r o u p   was  p e r f o r m e d   f o u r   tim es  ( ×4 ) .   T h e  in clu d ed   r esid u al   co n n ec tio n s   will  ef f icien tly   s h ar e  f ea t u r es,  c o u n ter   th e   v an is h in g   g r a d ien t  p r o b lem ,   a n d   allo w  lo w - lev el  a n d   m id - lev el  s p atial  f ea tu r es  to   ea s ily   p r o p ag ate  th r o u g h o u t  th e  n etwo r k   b y   m a x im izin g   f ea t u r e - s h ar in g /castin g   ca p ab ilit ies.  T h e  r esu ltan t  s tr u ctu r e  p r o v i d es  a  s o lid   b ac k b o n e  f o r   ea r ly   v is u al  f ea tu r e  ex tr ac tin g   as  a     R esNet - 5 0   m o d u le.   On ce   t h e  r esid u al  lay er s   h a v e  c o m p lete d ,   we  s p lit  th e   ex tr ac ted   f ea tu r es  in to   two   p ar allel  p ath way s ,   g o in g   to   a  p r etr ain e d   B E R T   m o d el  an d   t h e  C NN  p ath way .   Fo r   th e  B E R T   p ath way ,   th e  i n p u t  f ea tu r es  co n tin u e   to   a  tr an s f o r m er   e n co d e r ,   wh ich   i n c lu d es  th e  en co d er   p o r tio n   o n ly   o f   t h e  o r ig in al  tr an s f o r m er   ar ch itect u r e.   T h is   m o d el  lear n s   s em an tic  an d   co n tex tu a l   r elatio n s h ip s   in   b o th   d ir ec tio n s ,   b y   p r ed ictin g   m ask ed   to k en s   u s in g   in f o r m atio n   f r o m   b o th   p ast  an d   f u tu r e   p o s itio n s   in   a  s eq u e n ce .   T h e  tr an s f o r m e r   en c o d er   is   m ad e  u p   o f   s ev er al  im p o r tan t   s u b m o d u les.  T h e   tr an s f o r m er   en c o d er   in   th e  B E R T   m o d el  is   m a d e  u p   o f   a  c o llectio n   o f   co m p le x   s u b lay er s   th at   to g eth e r   r ep r esen t  co n tex tu al  r elatio n s h ip s   in   th e  in p u t  f ea tu r es,  as  s h o wn   in   Fig u r e  2 .   T h e  f ir s t  co m p o n en t  is   in p u t  em b ed d in g ,   a   lay er   tr a n s f er r i n g   d is cr ete  to k e n s   o r   f ea tu r es  in to   co n tin u o u s   d en s e  v ec to r s ,   r ep r esen tin g   th e   f ac t  th at  th e  m o d el  u n d er s to o d   s em an tic  s im ilar ity .   T h e  ad d itio n   o f   p o s itio n al  en co d in g   to   th e  em b ed d in g s   p r eser v es  th e  p o s itio n al  co n t ex t  o f   ea ch   to k e n   in   th e  en c o d in g s ,   g iv e n   th at  th e  tr an s f o r m er   its elf   is   n o t  in h er en tly   s eq u en tially   awa r e.   T h e  ce n tr al  p ar t  o f   th e   m o d e l  is   th e  m u lti - h ea d   s elf - atten t io n   m ec h a n is m ,   wh ich   c o n s i s ts   o f   th e  q u er y   ( Q) ,   k ey   ( K) ,   an d   v al u e   ( V)   m atr ices  atten d in g   to   m a n y   r ep r esen tatio n   s u b s p ac es  in   p ar allel  an d   wer e    1x1 C on v, 64 3x3 C on v, 64 1x1  C on v, 25 6 x3 7×7 c on v, 64/ 2 1x1 C on v, 128 3x3 C on v, 128 1x1  C on v, 51 2 x4 M axp ool i n g w 1 w 2 w 3 M A S K w 5 E m b e d d i n g T r an s f or m e r  E n c od e r O1 O2 O2 O4 O5 C on v 5×5 M axp ool i n g C on v 5×5 M axp ool i n g ResNet with BERT  and CNN  1x1 C on v, 64 3x3 C on v, 64 1x1  C on v, 25 6 x3 7×7 c on v, 64 / 2 1x1 C on v, 128 3x3 C on v, 128 1x1  C on v, 51 2 x4 M axp ool i n g Inception  layer C on v 1×1 C on v 1×1 C on v 1×1 P ool i n g 3×3 C on v 3×3 C on v 5×5 C on v 1×1 F i l t e r C on c at F u l l y C on n e c t e d S of t m ax O u t p u t Attention based  Incep tionR esNet P r e p r oc e s s e d O u tp u t C on vo l u t i on al  B l oc k  A t t e n t i on  M od u l e BE R T C N N 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 .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 2 0 2 - 3 2 1 7   3206   ab le  to   ca p tu r e   d e p en d e n cies  ac r o s s   th e  s eq u e n ce .   Af ter   t h e   o u tp u t  o f   t h e  m u lti - h ea d   atte n tio n ,   b o th   r esid u al  co n n ec tio n s   a n d   la y er   n o r m al izatio n   ( ad d   an d   n o r m )   wer e  p er f o r m ed   t o   in cr ea s e  s tab ilit y .   A  f ee d - f o r war d   n etwo r k   ( FF N)   p er f o r m s   n o n l in ea r   tr an s f o r m atio n s   in d ep e n d en tly   to   ea ch   p o s itio n   f ir s t,  f o llo wed   b y   a n o th er   ad d   a n d   n o r m   lay er .   T h ese  c o m p o n en ts   to g eth e r   e n ab le  B E R T   to   ef f ec tiv el y   en c o d e   b o th   lo ca l  a n d   g lo b al   co n tex t  in   th e   s am e  in p u t.   Simu ltan eo u s ly ,   th e   C NN  p ath way   r ef in es  th e  r e p r esen tatio n s   o f   s p atial  f ea tu r es   th r o u g h   th e  ap p licatio n   o f   n u m er o u s   5 ×5   co n v o lu tio n al  lay er s   an d   m ax - p o o lin g   o p er atio n s .   T h e  co n v o l u tio n   o p er atio n   tak es  th e  in p u t  m a tr ix   an d   p er f o r m s   an   elem en t - wis e  m u ltip licatio n   with   th e  lear n ab le  f ilter s   ( k er n els),   a d d s   th e   b ias  an d   a   n o n - lin ea r   ac tiv atio n   f u n ctio n   ty p ically   r ec tifie d   lin ea r   u n it ( R eL U )   to   in tr o d u ce   non - lin ea r ity .   T h e  m ath em atic al  r ep r esen tatio n s   o f   t h e  o p e r a tio n s   ar e   as in   ( 2 ) .     = ( ∑ ∗ + = 1 )   ( 2 )     W h er e    is   th e  in p u t,    is   th e  c o n v o lu ti o n al  f ilter ,     is   th e  b ia s ,     is   th e  R eL U  ac tiv atio n   f u n ctio n ,   an d     *   d en o tes th e  co n v o lu tio n   o p e r atio n .   Po o lin g   lay er s ,   an d   m ax - p o o lin g   in   p ar ticu lar ,   d o wn   s am p le  th e  f ea tu r e  m a p s   b y   s elec tin g   th e   m ax im u m   v alu e  p er   s lid in g   win d o w.   T h e  p o o lin g   o p e r atio n   ef f ec tiv ely   r etain s   th e  m o s t  im p o r tan t   f ea tu r es ,   y et  r ed u ce s   co m p u tatio n al  b u r d en .   At  th e  en d   o f   th e  m o d el  ar ch itectu r e,   th is   f u s es  th e  o u tp u t  f r o m   th e  B E R T   an d   C NN  m o d u les  th r o u g h   a  co n ca ten atio n ,   in d icatin g   t h at  we  h av e   co m b in ed   s em an tic  f ea tu r es  f r o m   B E R T   with   s p atial  f ea tu r es  f r o m   th e  C NN.   T h is   co m p lete  r ep r e s en tatio n   is   th en   p ass ed   o n to   th e  class if icat io n   p ip elin e.   Ad d in g   r esid u al  lea r n in g ,   B E R T 's  s em an tic  u n d e r s tan d in g ,   a n d   a  h ier a r ch ical  v is u al  f ea tu r e  m ap   to g eth er   s tr en g t h en s   th e  o v er a ll f ea tu r e  ex tr ac tio n   p r o ce s s   to war d s   r ec o g n izin g   d e p r ess io n   lev els.   Atten tio n - b ased   I n ce p tio n   R e s Net:  th e  Atten tio n - I n ce p tio n R esNet  s tar t s   ex tr ac tin g   f ea tu r es  f r o m   in p u t  f ea tu r es  th r o u g h   a  R esNet - 5 0   b ac k b o n e,   wh ich   c o n s is t s   o f   a  7 ×7   co n v o lu tio n   lay er ,   f o llo wed   b y   a     m ax - p o o lin g   lay er   a n d   a  s er ies  o f   r esid u al  co n v o lu tio n al  b lo ck s   with   r ep ea te d   s eq u en ce s   o f   th r ee   co n v o l u tio n s ,   h av in g   a  1 ×1 ,   3 ×3 ,   th en   an o th er   1 × 1   co n v o lu t io n   lay er   in   r o ws,  s tack ed   in   s ev er al  s tag es.  Af ter   g o in g   th r o u g h   th e  4 th   r esid u al  b lo ck ,   th e  h ig h - le v el  f ea tu r e  r ep r esen tatio n   o u tp u t  is   p ass ed   in to   a  cu s to m   m o d if icatio n   o f   th e  I n ce p tio n   m o d u le ,   th u s ,   en h an ci n g   f ea tu r e  ex tr ac tio n   ac r o s s   m u ltip le  s ca les.  T h e   I n ce p tio n   m o d u le  allo ws  f o r   m u lti - p ath   f ea t u r e  e x tr a ctio n   b y   p ass in g   th e   in p u t  th r o u g h   m u ltip le   co n v o l u tio n al  f ilter s   ( 1 ×1 ,   3 × 3 ,   5 × 5 ) ,   an d   p o o lin g   wo u ld   b e  u n d er tak en   in   p ar allel.   T h is   allo ws  th e  m o d el   to   ac q u ir e  b o th   lo ca l  f i n e - g r ai n e d   ch ar ac ter is tics   o f   th e  in p u t  d ata  an d   lar g er   s p atial  co n tex t  at  th e  s am e  tim e   th r o u g h   ea ch   o f   th e   v ar io u s   p a th s .   T h e  o u tp u ts   o f   th e  n u m er o u s   b r an ch es  a r e  c o n ca ten ated   in   th e  d e p th   d im en s io n   to   p r o d u ce   a  d en s e   an d   v ar ied   s et  o f   f ea tu r es.  A d d itio n ally ,   th e  i n clu s io n   o f   1 ×1   c o n v o lu tio n   o p e r atio n s   a s s is ts   with   r ed u cin g   d im en s io n s   an d   co m p u tatio n al  lo ad   wh ile  m ain tain in g   s alien t  in f o r m atio n .   As  a  m o d u lar   ar ch itectu r e,   I n ce p tio n   m o d u les  en ab le  s ca les  o f   d ep th   an d   wid th   o f   th e   r esid u al  p ar ts   o f   R esNet ,   wh ile  also   d ec r ea s in g   is s u es  o f   o v er f itti n g ,   v a n is h in g   g r ad ien ts ,   an d   m e m o r y   is s u es  th at  ar is e  d u e  t o   a  d ee p   ar ch itectu r e .   T h is   u ltima tely   lead s   to   g r ea ter   d is cr im in ativ e  p o wer   an d   g r ea ter   g en er aliza tio n   to war d s   co m p lex   v is u al  p atter n s ,   v alu ab le  in   th e   co n tex t  o f   s u b t le  d ep r ess io n   d etec tio n   with   f i n e - g r ain e d   class if icatio n   m eth o d s .   T o   f u r t h e r   r e f i n e   t h e   e x t r a c t e d   f e a t u r e s   a n d   i m p r o v e   t h e   m o d e l' s   f o c u s ,   t h e   C B A M   is   i n c o r p o r a t e d   r i g h t  a f t e r   t h e   I n c e p t i o n   m o d u l e .   C B A M  c o n t a i n s   tw o   a tt e n t i o n   m e c h a n i s m s   t h at   a ct   s e q u e n t i al l y   i n   a  w a y   t h a t   t h e  m o d e l   c a n   f o c u s   o n   i m p o r t a n t   f e a t u r e s   n o t   o n l y   d u e   t o   w h e r e   t o   ` a t t e n d `   t o ,   b u t   a l s o   w h a t   t o   ` a t t e n d `   t o   f r o m   t h e   o u t p u t   o f   t h e   l a s t   t h r e e   l a y e r s   o f   t h e   i n c e p t i o n   m o d u l e .   T h e   s t r u c t u r e   o f   C B A M   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   3 .           Fig u r e  2 .   Stru ctu r e  o f   tr an s f o r m er   en co d er     I n p u t   E m b e d d i n gs M u l ti - H e ad A tt e n ti on A d d  & N or m F e e d  F or w ar d A d d  & N or m P os i t i on al E n c od i n g 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       Dee p   tr a n s fer lea r n in g   a r ch itectu r e  fo r   d ep r ess io n   d etec tio n   u s in g   P HQ - 9   a n a lysi s   in   …   ( U .   A n a n th a n a g u )   3207       Fig u r e  3 .   C o n v o lu tio n al  b lo ck   atten tio n   m o d u le       L et  ∈ × ℎ ×   b e  th e  in p u t  f ea tu r e  m ap .   First,  th e  ch an n el  atten tio n   m o d u le  g en e r ates  a  1 D  atten tio n   m ap    ∈ × 1 × 1   b y   ap p ly in g   b o th   g lo b al  av er ag e  p o o lin g   an d   m ax   p o o lin g   ac r o s s   s p atial   d im en s io n s .   T h ese  p o o led   d e s cr ip to r s     an d    ,   ar e  p ass ed   t h r o u g h   a  s h ar e d   m u lti - lay er   p er ce p tr o n   ( ML P)  with   r e d u ctio n   r atio   ,   an d   th eir   o u tp u ts   ar e   co m b i n ed   a n d   ac ti v ated   u s in g   a   s ig m o id   f u n ctio n ,   as   d ef in ed   in   ( 3 ) .      ( ) = (  (   ( ) ) +  (   ( ) ) )   ( 3 )     T h is   m ec h an is m   lear n s   wh ich   ch an n els  ar e  th e  m o s t  r elev an t  an d   th er e f o r e  en h a n ce s   th eir   im p o r tan ce   in   later   p r o ce s s in g ,   as d ef in ed   i n   ( 4 ) .     ′ =  ( ) ⨂   ( 4 )     Nex t,  th e  s p atial  atten tio n   m o d u le  d eter m in es  wh er e   in   th e  f ea tu r e  m ap   to   atten d   as  d ef in e d   in   ( 5 ) .   I t   p o o ls   ′   alo n g   th e  ch an n el  ax is   u s in g   av er ag e  an d   m a x   p o o lin g ,   r esu ltin g   in   two   2 - D  m ap s   ( ,  ) ,   wh ich   ar e   co n ca ten ated   an d   p r o ce s s ed   th r o u g h   a  co n v o l u tio n   lay er   with   a  7 ×7   k er n el.   As  a  r esu lt  o f   C B AM ,   th e  m o d el  lear n s   co n tex t - awa r e  an d   lo ca lity - s en s itiv e  f ea tu r es  th at  o n ly   atten d   to   th e  m o s t  s alien t  p ar ts   o f   th e  f ea tu r e   m ap   in   e ac h   o f   th e   ch an n el  an d   s p atial  d im en s io n s .   T h is   r ep r esen tatio n   en h a n ce d   b y   atten tio n   is   im p o r tan t  f o r   d o wn s tr ea m   class if icatio n   o r   d etec tio n   task s   s u ch   as  f in d in g   d ep r ess io n - r elate d   p atter n s   i n   h ig h   d im en s io n al   f ea tu r e  s p ac es.        ( ) = ( 7 × 7 ( [   ( ) ;   ( ) ] ) )   ( 5 )     T h e   f in al  r e f in ed   f ea t u r e  m a p   i s   co m p u ted   as   ( 6 ) .     ′′ =  ( ′ ) ⨂ ′   ( 6 )     2 . 1 . 3 .  Cla s s if ica t io n   Af ter   d ee p   f ea tu r e  ex tr ac tio n   s tep s ,   th e  o u tp u ts   o f   b o t h   th e  R es B C N N  an d   A - I R es  m o d u les  wer e  co n ca ten ated   to   y ield   a   c o m b in ed   f ea tu r e  r e p r esen tat io n   th at   allo ws  b o th   m o le cu lar   in f o r m atio n     ( f r o m   R esB C NN )   as  well  as  m u lti - s ca le  s p atial  f ea tu r es  f r o m   A - I R es.  T h e  co m b in ed   f ea t u r e  v ec to r   p r o v id es   a  v ar iety   o f   co m b i n atio n s   o f   l ea r n ed   f ea tu r es  co n tain in g   r ic h er   an d   m o r e  c o m p r e h en s iv e  f ea tu r es  th at  e n co d e   co n tex tu al  d ep en d en cies  at  a   h ig h er   lev el   o f   s em an tics ,   wh ile   also   en co d in g   f in e - g r ain ed   v i s u al  m in u tiae.   T h e  f u s ed   f ea tu r e  v ec to r   is   th en   r u n   th r o u g h   a  f u lly   co n n ec ted   la y er   th at  alter s   d im en s io n ality   an d   is   n o n - lin ea r   in   n atu r e ,   e f f ec tiv ely   m ap s   th e   lear n ed   h ig h - d im en s io n al   f ea tu r e  r e p r esen tatio n s   to   b e   ap p r o p r iate   f o r   f in al   p r ed ictio n .   Dr o p o u t  r e g u lar iz atio n   ca n   b e  ap p lied   in   th is   lay er   to   av o id   o v er f itti n g   a n d   m ain tain   s tab le  lear n in g   th r o u g h   p r o p ag atio n .   T h e  f in al  o u t p u t  lay er   a p p li es  a  s o f tm ax   ac tiv atio n   f u n ctio n   to   co m p u te  th e   p r ed icted   p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   ac r o s s   th e  d ef in ed   class es  o f   d ep r ess io n   lev els.  T h e  s o f tm ax   f u n ctio n   tr an s f o r m s   th e   m o d el  o u tp u t   v alu es  in to   p r o b ab ilit ies  class - wis e,   wh er e  th e   m a x im u m   p r ed icted   p r o b a b ilit y   id en tifie s   th e  m o d el' s   clas s   la b el.   T h e  class if icatio n   p ip elin e  p r o d u ce s   p r e d ictio n s   th at  ar e  b o th   ac cu r ate  an d   m ea n in g f u l  b ased   o n   an   in teg r ated   s et  o f   d ee p   f ea tu r es,  en a b lin g   r ec o g n itio n   an d   class if icatio n   o f   th e   v alu es   o f   d ep r ess io n   lev els o f   th e  s p e cif ied   in p u t  d ata.     2 . 1 . 4 .  Ada ptiv e - o s prey   o pti m iza t io n a l g o rit hm   T h e  o s p r e y   o p tim izatio n   alg o r ith m   is   a  b io - in s p ir e d   m et ah eu r is tic  m eth o d   th at  is   b a s ed   o n   th e   p r ed ato r y   an d   ad a p tiv e  f o r ag i n g   b e h av io r   o f   o s p r ey s .   T h er e   ar e  two   p r in cip al  p h ases   o f   t h e  alg o r ith m :  g lo b al   ex p lo r atio n   ( p o s itio n in g   an d   f is h in g )   an d   lo ca l  ex p lo itat io n   ( m o v i n g   th e  f is h   to   a  s af e  p lace ) .   I n   th e  ap p licatio n   o f   th e  alg o r ith m ,   ea ch   s o lu tio n   is   r eg ar d ed   as  an   in d iv id u al  o s p r e y ,   an d   th e  a lg o r ith m   iter ativ ely     C h an n e l  A tte n ti on   M od u l e  (M CA ) S p ati al  A tte n ti on   M od u l e  (M SP ) I n p u t  F e at u r e  (F ) R e fi n e d   F e at u r e  (F      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 .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 2 0 2 - 3 2 1 7   3208   u p d ates  th e  p o s itio n   o f   all  th e   o s p r ey s   in   th e  s ea r ch   s p ac e  t o   m in im ize  s o m e  p r e d ef in ed   o b jectiv e  f u n ctio n ,   an d ,   in   t h e  ca s e  o f   class if icatio n   p r o b lem s ,   th at  o b jectiv e  f u n ctio n   m ig h t  b e  th e  cr o s s - en tr o p y   lo s s .   T h e  cr o s s - en tr o p y   lo s s   f u n ct io n   is   u s ed   as  t h e  o b jectiv e   f u n ctio n   to   im p r o v e  t h e  cla s s if icatio n   p er f o r m an ce   o f   t h e  m o d el.   C r o s s - en tr o p y   lo s s   q u an tifie s   h o w  m u ch   th e  p r e d icted   p r o b ab i lity   d if f er s   f r o m   th e   lab el  g iv en ,   a n d   th u s ,   s tr iv es to   m in im ize  th e  e r r o r   i n   p r e d ictio n   as ( 7 ) .     = − 1 ∑ [ ×  ( ℎ ( ) ) + ( 1 − ) ×  ( 1 − ℎ ( ) ) ] = 1     ( 7 )     W h er e    s tan d s   f o r   th e  to tal  a m o u n t  o f   tr ain i n g   s am p les  in   th e  d ataset.   E ac h   t r ain in g   s am p le  is   ch ar ac ter ized   b y   two   co m p o n en ts :    wh ich   d en o tes  th e  tar g et  lab el  co r r esp o n d in g   to   th e   tr ain in g   e x am p le  m ,   a n d       wh ich   r ep r esen ts   in p u t f ea tu r es f o r   th at  ex am p le.   ℎ   is   m o d el  p r ed ictio n   a n d   wh e r e    is   m o d el  p ar am eter .     I n itializatio n :  t h e  alg o r ith m   b eg in s   b y   r an d o m ly   in itializin g   th e  p o s itio n s   o f   all  o s p r ey s   with in   a   d ef in ed   s ea r ch   s p ac e.   E ac h   o s p r ey ' s   p o s itio n   ,   in   th e  − ℎ   d im en s io n   is   d eter m in e d   as   in   ( 8 ) .     , =  + , ∙ (  −  ) , = 1 , 2 , … , ; = 1 , 2 , … ,     ( 8 )     I n itial  p o s itio n   o f   th e   ℎ   o s p r ey   ( , )   in   th e   ℎ   d im en s io n ,   lo wer   (  )   an d   u p p er   (  )   b o u n d s   o f   th e   ℎ   p r o b lem   v ar ia b le,   r esp ec tiv ely .   ,   as   a  r an d o m   n u m b er   b etw ee n   [ 0 ,   1 ] ,     is   th e  p o p u latio n   s ize,     is   th e  p r o b lem ' s   s o lu tio n   d im en s io n ,   an d     in d icate s   th e  s p ec if ic  d im en s io n .   E ac h   o s p r ey   s er v es  as  a  ca n d id ate  s o lu tio n ,   an d   its   q u ality   is   ev alu ated   b y   th e  f itn ess   v alu e  o f   th e  o b jectiv e  f u n ctio n   ,   as d ef in e d   in   ( 9 ) .     = ( ) , = 1 , 2 , … ,   ( 9 )     W h er e  f itn ess   v alu e  ( )   o f    ℎ   o s p r ey ,   an d   th e  p o s itio n   o f    ℎ   o s p r ey   ( ).   i)   Ph ase  1 :  p o s itio n in g   a n d   f is h in g .   A t  t h is   s tag e,   th e   o s p r e y   f in d s   ta r g ets  ( f is h )   an d   tr ies  to   ca tch   th em   wh ich   in v o l v es  a  lar g e  s h if t   in   p o s itio n .   T h e  o s p r ey   ch o o s es  th e  b est  p er f o r m in g   in d i v id u al,   o r   th e   o v er all  b est in d iv i d u al  in   th e   p o p u latio n ,   as its   tar g et   as d ef in ed   in   ( 1 0 ) .      = { | ∈ { 1 , 2 , … , } ∩ < } ∪ {  } , = 1 , 2 , … ,   ( 1 0 )     L o ca tio n   o f    ℎ   o s p r ey    ,   p o p u latio n   s ize  ,   an d   f itn ess   v alu es  o f    ℎ   an d    ℎ   o s p r ey s   ( ) .   B est   o s p r ey ' s   p o s itio n   (  ) .   I n   th e  s ea r ch   s p ac e,   o s p r ey   f in d s   a  f is h   at  r an d o m   an d   attac k s   it.  Po s itio n   u p d ate  wh e n   o s p r ey   ap p r o ac h es f is h   is   s im u lated   b y   ( 1 1 ) .     , 1 = , + , ∙ (  , − , ∙ , ) , = 1 , 2 , … , ; = 1 , 2 , … ,   ( 1 1 )     W h er e   ℎ   o s p r ey ' s   n ew  lo ca tio n   in   s tag e  1   ( , 1 ) ,   wh e r e  , 1   is   it s   jth   d im en s io n .   Osp r e y ' s   in itial  lo ca tio n   ( ) ,   an d   its   jth   d im en s i o n   is   d en o ted   b y   ( , ) .   Fis h   s elec ted   b y   1 st   o s p r ey   (  , ) ,   an d   ( , )   is   a   r an d o m   n u m b e r   in   [ 0 , 1 ] .  ,   is   ch o s en   at  r an d o m   f r o m   th e  { 1 , 2 }   co llectio n .   Acc o r d in g   to   ( 1 2 ) ,   th e   u p d ated   p o s itio n   is   m o d if ied   i f   it  is   o u ts id e  th e  b o u n d ar y ;  if   it  is   b elo w  th e  lo wer   b o u n d ,   it  is   s et  to   th e  lo wer   b o u n d ; if   it is   ab o v e  th e  u p p er   b o u n d ,   it is   s et  to   th e  u p p er   b o u n d .     , 1 = { , 1 ,  ≤ , 1 ≤     , , 1 <   , , 1 >    ( 1 2 )     Prio r   p o s itio n   is   r ep lace d   if   r e v is ed   p o s itio n ' s   f itn ess   v alu e,   as  r eso lu te  b y   ( 1 1 )   a n d   ( 12 ) ,   is   s u p er io r .   T h e   u p d ated   p o s itio n   o f   o s p r ey   is   d er iv ed   f r o m   p r o ce s s ,   wh ich   i s   in   ( 1 3 ) .     1 = { 1 , 1 <   , 1 ≥       ( 1 3 )     W h er e  f itn ess   v alu e  ( 1 )   o f     o s p r ey ' s   n ew  lo ca tio n   f o llo win g   p h ase  1 .   Osp r ey ' s   p o s itio n   f o llo win g   p h ase  1   is   d en o te d   b y   1 .   ii)   Ph ase  2 :  m o v e   f is h   to   p r o p er   s p o t .  T h is   s tate  r ep r esen ts   th e   o s p r ey ' s   b eh a v io r   as  it  ca r r ie s   th e  p r ey   to   a   s af e  p lace   wh ich   is   eq u iv alen t  to   lo ca l  s ea r ch   an d   r ef in in g   alr ea d y   s u g g ested   ca n d i d ate  s o lu tio n s .   T h is   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       Dee p   tr a n s fer lea r n in g   a r ch itectu r e  fo r   d ep r ess io n   d etec tio n   u s in g   P HQ - 9   a n a lysi s   in   …   ( U .   A n a n th a n a g u )   3209   h as  an   ess en tial  p ar t  to   p lay   in   o p tim is m   b ec au s e  it  will  en s u r e  th at  ea ch   o s p r ey   will  b e  ex p lo r in g   th e   lo ca l  ar ea   o f   th e  ca n d id ate  s ea r ch   s p ac e,   l o o k in g   f o r   im p r o v em en t.   T h e   p o s itio n s   o f   e ac h   ca n d i d ate   s o lu tio n   will  b e   ad ju s ted   b ased   o n   a   s m all  p er tu r b atio n   th at  d ep en d s   o n   th e   cu r r en t  iter atio n   t,  w h ic h   d ec r ea s es its   s ize  wi th   an   in cr ea s e  in   iter atio n s ,   en co u r ag in g   tu n in g ,   as d ef in ed   in   ( 1 4 ) .     , 2 = , 1 +  + , ∙ (  −  ) , = 1 , 2 , … ,   ( 1 4 )     I n   p h ase  2 ,   − ℎ   o s p r ey ' s   n ew  lo ca tio n   is   , 2 ,   an d   its    ℎ   d im en s io n   is   , 2 .    is   th e  m ax im u m   n o .   o f   iter atio n s ,    is   cu r r en t  iter atio n ,   an d   ,   is   a  r an d o m   n u m b er   in   [ 0 , 1 ] .   T o   en s u r e   th at  s o lu tio n s   r e m ai n   with in   v alid   b o u n d s ,   as d e f in e d   in   ( 1 5 ) .     , 2 = { , 2 ,  ≤ , 1 ≤     , , 2 <   , , 2 >      ( 1 5 )     T h e  f in al  p o s itio n   o f   o s p r ey   a f ter   lo ca l d ev elo p m en t is selected   b ased   o n   f itn ess   ev alu atio n   as in   ( 1 6 ) .     2 = { 2 , 2 <   1 1 , 2 ≥ 1     ( 1 6 )     W h er e  2   is   th e  f itn ess   v alu e  o f   t h e  p o s itio n   2 ,   an d   2   is   th e  p o s itio n   o f   th e  o s p r ey   a f ter   p h ase  2 .   T o   im p o s e  m o r e  s tr en g th   o n   th e  a b ilit y   o f   th e   o p tim izer   to   s tr ik e   th e  e x p lo r atio n /ex p l o itatio n   b alan ce   s o   f ar ,   it  im p lem en ts   a  ch ain   f o r a g in g   m ec h an is m .   T h e  ch ain   f o r a g in g   m ec h an is m   e n ab l es  o s p r ey s   to   p o ten tially   eith er   f o llo w  th e  g l o b al  b est  o r   m im ic  t h e  in d iv i d u al  th at  is   d ir ec tly   b ef o r e  th e m   in   th e  ch ain .   T h e  A - OOA  b y   ad d in g   a  ch ai n   f o r a g in g   m ec h an is m   as   ( 1 7 ) .     ( + 1 ) = { ( ) + ⋅ ( be s t   ( ) − ( ) ) + ⋅ ( be s t   ( ) − ( ) )   = 1 ( ) + ⋅ ( − 1 ( ) − ( ) ) + ⋅ ( be s t   ( ) − ( ) )   = 2 , … ,   ( 1 7 )     W h er e  ( )   is   th e  p o s itio n   o f   th e  i th   o s p r ey   in   d im en s io n   d ,   be s t   ( )   is   g lo b al  b est  s o lu tio n ,   ∈ [ 0 , 1 ]   is   th e  r an d o m   v alu e.   T h e  ad a p tiv e  co ef f icien t is ca lcu lated   a s   in   ( 1 8 ) .     = 2 ⋅ ⋅ √ | l og ( ) |   ( 1 8 )     B y   ad d in g   th e  ch ain   f o r ag in g   m ec h an is m   to   th e  o s p r ey   o p ti m izatio n   alg o r ith m   f o r   ad ap ti v e  tu n in g ,   th e   m o d el  is   ab le  to   ad ap tiv ely   tu n e  th e  p ar am eter s   class if icatio n   p ar am eter s   s u ch   as  ep o ch ,   b atch   s ize,   an d   lear n in g   r ate.   T h is   ap p r o ac h   im p r o v es  co n v er g en ce   b ec au s e  th e  f ir s t  o s p r ey   will  alwa y s   f o llo w  th e   g lo b al  b est  s o lu tio n .   T h e  r est  o f   th e  o s p r e y s   will  b alan ce   ex p lo r atio n   with   th e  g lo b al  b est  s o lu tio n   wh ile  d r if tin g   f r o m   th e   p r ev i o u s   o s p r ey .   T h is   will  im p r o v e  class if icatio n   ac cu r ac y   wh ile  av o id in g   p r em at u r e   co n v er g en ce   a n d   k ee p in g   th e  p o p u latio n   d iv e r s e  wh ile  o p ti m izin g .   T h is   wo u ld   en h an ce   t h e  ac cu r ac y   i n   class if y in g   d ep r ess io n   an d   r o b u s tn ess   wh en   an aly zin g   a n   u r b an   p o p u latio n .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Descript iv e  s t a t is t ics   T h e  s tu d y   s am p le' s   d escr ip tiv e  s tatis tic s ,   wh ich   in clu d e  d em o g r ap h ic  f ac to r s   a n d   PHQ - 9  q u esti o n n air e   r esu lts .   T h e   m ea n   ag e   o f   p a r ticip an ts   is   2 . 0 0 ,   with   a   s tan d ar d   d e v iatio n   ( SD)   o f   1 . 0 0 7 ,     s h o win g   a  d is tin ct  ag e  g r o u p .   Sex   an d   m ar r ied   s tatu s   h av e  m ea n   v alu es  o f   1 . 5 0   an d   1 . 5 2 ,   r esp ec tiv ely ,   with   SDs   o f   0 . 5 0 0 ,   in d icatin g   a  b a lan ce d   r ep r esen tatio n   in   b o th   ca teg o r ies.  T h e  ed u ca tio n al  le v el  h as  a  m ea n   o f   3 . 7 3   a n d   a n   SD  o f   1 . 2 8 9 ,   i n d icatin g   v ar y in g   ed u ca tio n a l  lev els.  I n co m e   is   ca lcu lated   u s in g   a   m ea n   o f     2 . 0 5   a n d   a n   SD  o f   0 . 8 0 1 .   T h e  m ea n   s co r es  f o r   th e  PHQ - 9   item s   r an g e  f r o m   2 . 2 3   ( PHQ1 )   to   2 . 4 1   ( PHQ9 ) ,   with   SDs   o f   0 . 7 5 9   to   0 . 8 2 3 .   T h ese  s co r es  r ep r esen t  a  m o d er ate  lev el  o f   d ep r ess io n   s y m p to m s   r ep o r ted   b y   p ar ticip an ts ,   with   r esp o n s es  v ar y in g   ac r o s s   q u esti o n s   [ 6 ] ,   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .   T h e  co n s tan t  m ea n   s co r es  ac r o s s   PH Q   q u esti o n s   in d icate   th at  th e  s am p le' s   ex p er ien ce   with   d ep r ess io n   s y m p to m s   is   b r o ad ly   h o m o g en eo u s .     3 . 2 .     M ultiv a ria t e   t ests   T h e  m u ltiv ar iate  test s   th at  ev alu ate  th e  in f l u en ce s   o f   i n d ep en d en t  v ar iab les  ( I DV)   o n   co m b in e d   d ep en d e n t  v a r iab les  ( DV) .   An   in ter ce p t  h as  a  h i g h ly   s ig n if ican t  ef f ec t  ac r o s s   all  m u ltiv ar iate  test s     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 .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 2 0 2 - 3 2 1 7   3210   ( W ilk s '   lam b d a ,   Ho tellin g ' s   tr ac e ,   R o y ' s   lar g est  r o o t ,   an d   Pil lai ' s   tr ac e )   with   a  p - v alu e   o f   0 . 0 0 0 ,   s u g g esti n g   th at  th e  m o d el  ex p lain s   v ar ian ce .   Ho wev er ,   v ar iab le  " s ex "  h ad   n o   s ig n if ican t e f f ec t o n   th e  DVs,  with   p - v alu es  o f   0 . 9 2 6   ac r o s s   all  test s ,   in d icatin g   th at  g en d e r   d o es  n o t   s ig n if ican tly   co n tr i b u te  t o   t h e  v a r ian ce   i n   th e   o u tco m es.  T h u s ,   wh ile  th e  m o d el  is   g en er ally   ef f ec tiv e,   " s ex "  as a   v ar iab le  h as littl e  ef f ec t.     3 . 3 .     E s t im a t ed  m a r g ina l m e a ns   T h e  g r an d   m ea n   s h o ws  th e   av er ag e  s co r es   f o r   ea ch   item   o n   th e  PHQ.   T h e   m ea n   s co r es  r an g e  f r o m   2 . 2 3 2   ( PHQ1 )   to   2 . 4 1 1   ( PHQ 9 ) ,   with   s tan d ar d   er r o r s   o f   ar o u n d   0 . 0 2 5 ,   d em o n s tr atin g   s im ilar   m ea s u r em en t   p r ec is io n   ac r o s s   item s .   T h e  9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  ar e  n ar r o w,   in d icatin g   th at  th e  p o p u latio n   m ea n s   m ay   b e  r eliab ly   esti m ated .   T h e  v er y   eq u al  m ea n s   ac r o s s   PHQ  ite m s   s u g g est  th at  p atien ts   r ep o r ted   s im ilar   lev els  o f   s y m p to m s   ac r o s s   all  q u esti o n n air e  item s ,   in d icatin g   a  c o n s is ten t  ex p er ien ce   with   d e p r ess io n   s y m p to m s .   PHQ9   h ad   th e  h ig h est  m ea n   ( 2 . 4 1 1 ) ,   wh ic h   m ay   r ef lect  a  s o m ewh at  h ig h er   p r ev ale n c e  o f   th e  s y m p t o m s   in d icate d   b y   th at  item .   T h e  n a r r o w  co n f id e n ce   in ter v als  f u r t h er   co n f ir m   th e  r eliab ilit y   an d   co n s is ten cy   o f   th e  esti m ated   PHQ - 9   item   s co r es.  T h e  m ea n   f o r   g e n d er   co m p ar e s   th e  av er ag e  s co r es  o f   m ales  an d   f em ales  o n   th e   PHQ ' s   n in e  co m p o n en ts .   T h e  m ea n   s co r e  d if f er e n ce s   b etwe en   m ales  an d   f em ales  ar e  m o d est,  in d icatin g   th at  b o th   g en d er s   e x p er ien ce   eq u a l  lev els  o f   d e p r ess io n   s y m p t o m s .   Mo s t  PHQ  item s   h av e  m o d est  v ar ian ce s   th at   f all  with in   th e  s tan d ar d   er r o r   r an g e,   in d icatin g   th at  th er e   is   n o   s ig n if ican t  g en d er   v a r iatio n .   Ma les  h ad   s ig n if ican tly   h ig h er   m ea n   s co r es  o n   PHQs   1 ,   4 ,   5 ,   6 ,   a n d   8 ,   wh er ea s   f em ales  h a d   s lig h tly   h ig h e r   m ea n s   o n   PHQs   2 ,   3 ,   7 ,   an d   9 .   Ho wev er ,   th ese  d if f er en ce s   a r e  m o d est,  an d   th e   o v e r lap p in g   9 5 %  co n f i d en ce   r an g es   in d icate   th at  th ey   a r e  s tatis tica lly   in s ig n if ican t.      3 . 4 .     B iv a ria t e  a na ly s is   3 . 4 . 1 .   Cro s s t a b    T h e   c r o s s t a b u l at i o n   o f   a g e   d i s t r i b u t i o n   o f   t h e   a n s w e r s   t o   t h e  P H Q   i t e m s   i n   f o u r   a g e   g r o u p s :   1 7 – 2 5 ,     26 – 4 0 ,   4 0 – 5 0 ,   a n d   5 0 + .   P H Q   i t e m s   a r e   c a t e g o r i z e d   i n t o   t h r e e  r e s p o n s e   c a t e g o r i es :   " N e a r l y   e v e r y   d a y , "   " S e v e r a l  d a y s , "   a n d   " M o r e   t h a n   h a l f   t h e   d a y s , "   w h i c h   r e p r e s e n t   t h e   f r e q u e n c y   o f   s y m p t o m s ,   r e s p e c ti v e l y .   P HQ 1   r e s u l t s   s u g g e s t   t h at   m o s t   p a r t i c i p a n t s   in   a l l   a g e   g r o u p s   r e p o r t   f e e l i n g   s y m p t o m s   " Ne a r l y   e v e r y   d a y , "  w i t h   t h e   1 7 – 2 5   a g e   g r o u p   r e p o r t i n g   t h e   h i g h e s t   f r e q u e n c y   ( 1 8 . 7 % ) .   O t h e r   P H Q   ite m s   a ls o   s h o w   a   s i m il a r   p a t t e r n ,   w i t h   y o u n g e r   a g e   g r o u p s   ( 1 7 – 2 5   a n d   2 6 – 4 0 )   t y p i c a l l y   r e p o r t i n g   a   h i g h e r   f r eq u e n c y   o f   d e p r e s s i o n   s y m p t o m s .   I n   PH Q 2 ,   f o r   i n s t a n c e ,   t h e   l a r g e s t   p e r c e n t a g e   o f   r e s p o n d e n ts   2 1 . 1 %  a r e   i n   t h e   1 7 – 2 5   a g e   r a n g e   a n d   r e p o r t   f e e li n g   s y m p t o m s   " N e a r l y   e v e r y   d a y " .   T h e   f r e q u e n c y   o f   r e p o r t e d   s y m p t o m s   s e e m s   t o   d e c l i n e   wi t h   a g e .   W it h   p e r c e n t a g e s   r a n g i n g   f r o m   5 . 1 %   ( P H Q 1 )   t o   7 . 3 %  ( PH Q 8 ) ,   t h e   5 0 +   a g e   g r o u p ,   f o r   e x a m p l e ,   c o n s is t e n tl y   r e p o r t s   lo w e r   p e r c e n t a g e s   o f   f e e l i n g   s y m p t o m s   " N e a r l y   e v er y   d a y "   a c r o s s   al l   PH Q   i t e m s .   T h e   h i g h e r   p e r c e n t a g e s   i n   t h e   " N e a r l y   e v e r y   d a y "   c a t e g o r y   a c r o s s   m o s t   PH Q   i t em s   i n d i c at e   t h at   y o u n g e r   a g e   g r o u p s ,   e s p e c i al l y   t h o s e   a g e d   1 7   t o   2 5 ,   a r e   m o r e  l i k e l y   t o   e x p e r i e n c e   d e p r ess e d   s y m p t o m s   m o r e   f r e q u e n t l y ,   a cc o r d i n g   t o   t h e   r e s e a r c h   [ 5 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 3 5 ] .     3 . 4 . 2 .   Chi - s qu a re   t ests   T h e  ch i - s q u ar e  test s   f o r   ag e   ac r o s s   th e  n in e  PHQ  item s   to   d eter m in e   wh eth er   th er e  ar e  an y   s ig n if ican t  co n n ec tio n s   b etwe en   ag e  g r o u p s   an d   th e  f r eq u e n cy   o f   d ep r ess ed   s y m p to m s .   P HQ1   an d   PHQ2   h ad   Pear s o n   ch i - s q u ar e   v alu es  o f   8 . 5 2 2   a n d   8 . 3 2 2 ,   r esp ec tiv ely ,   with   p - v alu es  o f . 2 0 2   a n d . 2 1 5 .   T h ese  f in d i n g s   s h o w  n o   s tatis tically   s ig n if ican t  r elatio n s h ip   b etwe en   ag e  g r o u p s   an d   r esp o n s es  to   t h ese  item s ,   as  th e  p - v alu es   ab o v e  th e   co n v en tio n al   s ig n if ican ce   lev el  o f   0 . 0 5 .   Pear s o n   ch i - s q u ar e  v al u es  f o r   PHQ3   an d   PHQ4   a r e     1 1 . 9 2 3   an d   1 1 . 3 6 6 ,   with   p - v a lu es  o f . 0 6 4   an d . 0 7 8 ,   r esp ec ti v ely .   T h ese  f in d in g s   in d icate   a  ten d en c y   to war d   s ig n if ican ce ,   p a r ticu lar ly   f o r   PHQ3 ,   wh er e  th e   p - v alu e  is   n ea r   0 . 0 5 .   Ho wev er ,   n eith er   ac h iev es  co n v en tio n al  s tatis t ical  s ig n if ican ce .   Pear s o n   ch i - s q u ar e  v alu es  f o r   PHQ s   5 – 9   r an g e  f r o m   1 . 8 2 5   to   6 . 7 2 1 ,   with   p - v alu es  b etwe en   0 . 9 3 5   a n d   0 . 3 4 7 .   T h ese  f in d in g s   r ep ea ted ly   r ev ea l  n o   s ig n if ican t   r elatio n s h i p   b etwe en   a g e  an d   d ep r ess io n   s y m p to m s   f o r   th ese  m ea s u r es,  with   all  p - v alu es  o v er   0 . 0 5 .   Ov er all,   th e  f in d in g s   in d icate   th at  a g e   h as  n o   s ig n if ican t  im p ac t  o n   th e  f r eq u en c y   o f   d ep r ess ed   s y m p to m s   as  ju d g ed   b y   th e  PHQ  item s   in   th i s   p o p u latio n .   T h e  Pear s o n   ch i - s q u ar e  v alu es  f o r   all  n in e  PHQ  item s   ( PHQ1   th r o u g h   PHQ9 )   r an g e   f r o m     0 . 1 9 4   to   2 . 1 8 4 ,   with   c o r r esp o n d in g   p - v alu es  o f   . 3 3 5   to   . 9 0 8 .   T h ese  p - v alu es  a r e  s ig n if ican tly   ab o v e  t h e   s tan d ar d   s ig n if ican ce   lev el  o f   0 . 0 5 ,   d e m o n s tr atin g   th at  th er e   is   n o   s tati s tically   s ig n if ican t  co r r elatio n   b etwe en   r esp o n s es to   an y   o f   th e  PHQ  it em s   an d   g en d er .     3 . 5 .     P re t ra ined  m o del a na ly s is   T h e  p r o p o s ed   d ep r ess io n   class if icatio n   f r am ewo r k   will  b e  ev alu ated   s y s tem atica lly   ag ai n s t  a  g r o u p   o f   p r etr ain ed   m o d els  u s in g   a  wid e  r an g e  o f   p er f o r m an c e  m etr ics  in clu d in g   p r ec is io n ,   r ec all,   ac cu r ac y ,    F1 - s co r e,   s p ec if icity ,   f alse  p o s itiv e  r ate  ( FP R ) ,   n eg ati v e  p r ed ictiv e  v alu e   ( NPV) ,   f alse  n eg ativ e  r ate   ( FNR ) ,   ar ea   u n d er   th e   cu r v e - r ec eiv e r   o p er atin g   ch a r ac ter is tic  ( AUC - R O C ),   an d   Ma tth ew’ s   co r r elatio n   co ef f icien t   ( MCC ) .   T h e  m o d els  will  b e  ev alu ated   b ased   o n   ea ch   m o d e l’ s   ab ilit y   to   h elp   id en tify   d e p r ess ed   s y m p to m s ,   in clu d in g   e x p er ien ci n g   s ad n e s s ,   d im in is h ed   in ter est,  s leep   d is tu r b an ce s ,   an d   s u icid al  id e atio n s   in   th e  u r b a 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       Dee p   tr a n s fer lea r n in g   a r ch itectu r e  fo r   d ep r ess io n   d etec tio n   u s in g   P HQ - 9   a n a lysi s   in   …   ( U .   A n a n th a n a g u )   3211   p o p u latio n ,   as  in d icate d   in   T ab le  1 .   T h e  p r o p o s ed   m o d el  h a s   s u b s tan tially   h ig h er   p er f o r m an ce   th an   co m p a r ed   ar ch itectu r es  to   t h e  p o in t  t h at  th e  p r o p o s ed   m o d el  h ad   th e  h ig h est  p e r f o r m in g   s co r es  ac r o s s   all    m etr ics   [ 1 1 ] – [ 1 5 ] ,   [ 2 9 ] – [ 31] .   T ab le  1   h ig h lig h ts   th e  p e r f o r m an ce   o f   th e   s u g g ested   m o d e l  in   co m p ar is o n   t o   th e   p r e v io u s ly   d ef in ed   d ee p   lear n in g   ar c h itectu r es  lik e  Alex Net ,   Mo b ileNetv 2 ,   Den s eNe t1 2 1 ,   an d   R esNet 5 0   ac r o s s   m u ltip le  ev alu atio n   m etr ics.  T h e  s u g g ested   m o d el   ( th e   n ew   m o d el)   ac h iev e d   th e   b est  o v er all   p r e d ictio n   ac c u r ac y   o f   9 8 . 7 8 5 %,  an   o u ts tan d in g   ac h iev em en t.  T h e  MCC   s co r e  o f   0 . 9 9 4   p r o v id es  s tr o n g   ev id e n ce   to   s u p p o r t  th e   ag r ee m en t  b etwe en   p r ed icted   an d   ac tu al  o u tco m es  an d   p r o d u ce d   a  v er y   g o o d   AUC - R OC   v alu e  o f   0 . 9 9 2 .   I n   s u m m ar y ,   th e   r esu lts   p r o v id ed   g o o d   ac cu r ac y ,   g en er aliza b ili ty ,   an d   r eliab ilit y   to   class if y   l ev els  o f   d e p r ess io n   u s in g   th e  p r o p o s ed   m o d el.       T ab le  1 .   E v alu atio n   o f   p e r f o r m an ce   with   p r o p o s ed   a n d   e x is tin g   m eth o d s   M o d e l   A l e x N e t   M o b i l e N e t v 2   D e n seN e t 1 2 1   R e sN e t 5 0   P r o p o se d   A c c u r a c y   9 5 . 4 2 4   9 6 . 1 7 2   9 6 . 9 1 7   9 7 . 3 3 5   9 8 . 7 8 5   P r e c i s i o n   9 4 . 1 4 3   9 5 . 3 2 4   9 5 . 9 4   9 6 . 5 9 9   9 7 . 9 3 5   R e c a l l   9 3 . 8 7 2   9 4 . 6 0 4   9 5 . 7 7 5   9 6 . 1 5   9 8 . 2 1 4   F1 - sc o r e   9 3 . 9 7 7   9 4 . 9 3 3   9 5 . 8 6 6   9 6 . 3 4 6   9 8 . 0 5 6   S p e c i f i c i t y   9 6 . 6 5   9 7 . 1 2 8   9 7 . 5 7 8   9 8 . 1 1 8   9 9 . 0 4   N P V   9 5 . 7 6 5   9 6 . 3 4 9   9 6 . 8 9   9 7 . 4 5 9   9 8 . 8 9 6   FPR   2 . 8 4 3   2 . 1 3 4   1 . 8 8 2   1 . 4 5 8   0 . 9 8 3   F N R   6 . 1 9 1   5 . 4 1 8   4 . 2 7   3 . 8 9 8   1 . 7 9 6   M C C   0 . 9 4 1   0 . 9 4   0 . 9 6 6   0 . 9 7 7   0 . 9 9 4   AUC - R O C   0 . 9 7 2   0 . 9 7 8   0 . 9 8 1   0 . 9 8 7   0 . 9 9 2       F i g u r e   4   s h o w s   t h e  c o n f u s io n   m a t r i x   f o r   d e p r es s i o n   s ev e r i t y   c l ass i f i c at i o n   u s i n g   t h e   p r o p o s e d   m u l t i m o d a l   d e e p   t r a n s f e r   l e a r n i n g   f r a m e w o r k .   I t   h i g h li g h t s   t h e   m o d e l' s   a b i li t y   t o   a c c u r a t el y   c l a s s i f y   i n d i v i d u a l s   a c r o s s   f i v e   s e v e r i t y   l e v e ls :   m i n i m a l ,   m il d ,   m o d e r a t e ,   m o d e r ate l y   s e v e r e ,   a n d   s e v e r e .   T h e   d iag o n a l   c e l ls   i n d ic a t e   h i g h   c o r r e c t   c la s s i f i ca t i o n   r ate s ,   r a n g i n g   f r o m   8 8 . 0 %   t o   9 8 . 0 % ,   w h i l e  o f f - d i a g o n a l   ce l l s   s h o w  m i n i m al   m i s c la s s i f i ca t i o n s ,   m o s t l y   b e tw e e n   a d j a ce n t   s e v e r i t y   l e v e ls .   T h i s   d e m o n s t r a t es   t h e  r o b u s t n e s s   a n d   r e l ia b i l it y   o f   t h e   m o d e l   i n   d i s ti n g u i s h i n g   v a r y i n g   d e g r e e s   o f   d e p r e s s i o n   s e v e r i t y .   T a b l e   2   p r e s e n t s   h o w   t u n i n g   k e y   h y p e r p a r a m e t e r s   e p o c h s ,   l ea r n i n g   r a t e ,   a n d   b a t c h   s i z e   i m p ac t s   t h e   p e r f o r m a n c e   f o r   t h e   p r o p o s e d   m o d e l   f o r   d e p r e s s i o n   d e t e ct i o n .   A s   t h e   ep o c h s   a r e   i n c r e a s e d   f r o m   2 0   t o   1 0 0   t h e   p e r f o r m a n c e   f o r   a l l   m e t r i c s   is   i m p r o v e d .   A t   6 0   e p o c h s   ( le a r n i n g   r a te   =  0 . 0 0 3 ,   b a t c h   s i z e   =  6 4 )   t h is   m o d e l   p a s s e d   a b o v e  t h e   9 6 %   a cc u r a c y   m a r k   wi t h   a  b a l a n c e d   p r e c i s i o n   a n d   r e c a l l   m e a n i n g   t h e   m o d e l   h a d   s t a b il iz e d   i t s   le a r n i n g .   B y   1 0 0   e p o c h s   t h e   m o d e l   u s i n g   a  s m a l le r   b a t c h   s i z e   o f   1 6   a n d   s o m e w h a t   h i g h e r   l e a r n i n g   r at e   o f   0 . 0 0 5 ,   a c h i e v e d   t h e  b e s t   p e r f o r m a n c e :   9 8 . 7 8 5 %  a c c u r a c y ,   9 8 . 2 1 4 %   r e c a l l ,   9 7 . 9 3 5 %   p r e c i s i o n ,   a n d   9 8 . 0 5 6   F 1 - s c o r e   t o   a c c o m p a n y   h i g h   s p e c if i c i t y   o f   9 9 . 0 4 0 % .   T h i s   d e m o n s t r a t es   t h a t   h y p e r p a r a m e t e r   t u n i n g   d i d   n o t   j u s t  au g m e n t   t h e   e f f e ct i v e n es s   o f   c la s s i f i c at i o n ,   it   a ls o   r e d u c e d   f a l s e   p o s i t i v es   a n d   f a l s e   n e g a ti v e s   i n d i c a ti n g   m u c h   l a r g e r   t r u e   v a l u e   f o r   t h e   m a i n t a i n i n g   r e li a b le  d e p r e s s i o n   d e te c t i o n   i n   r e al   w o r l d   m e n t a l   h e a lt h   a s s es s m e n ts   [ 1 1 ] – [ 1 5 ] ,   [ 2 9 ] .           Fig u r e  4 .   C o n f u s io n   m atr i x - cl ass if y in g   d ep r ess io n   s ev er ity   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.