論文の概要: Cluster Analysis with Resampling for Validation and Exploration (CARVE)
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.00327v1
- Date: Fri, 29 May 2026 20:09:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-02 21:34:28.289548
- Title: Cluster Analysis with Resampling for Validation and Exploration (CARVE)
- Title(参考訳): 検証と探索のための再サンプリングによるクラスタ解析
- Abstract要約: クラスタリングの結果は、アルゴリズムの選択、前処理、およびクラスタ数$k$に敏感である。
クラスタリング検証指標(CVI)によるクラスタリングソリューションの検証技術の現状
CARVEはオープンソースのPythonとRパッケージで、複数のクラスタリングアルゴリズムを共同で評価する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 5.109810774427172
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Clustering is widely used across the sciences as the foundation for downstream data-driven scientific discoveries. However, clustering results are highly sensitive to the choice of algorithm, preprocessing, and the number of clusters $k$, producing scientific claims that are often not reproducible. The current state of the art for validating clustering solutions consists of clustering validation indices (CVIs) such as Silhouette, Davies-Bouldin, and Calinski-Harabasz, which rely on geometric assumptions that break down on the heavy-tailed, high-dimensional, and nonlinearly structured data encountered in biomedical research. Resampling-based alternatives - grounded in the ideas of clustering stability and generalizability - have been proposed but remain scattered across specialized tools with no unified, accessible software. We fill this gap with CARVE (Cluster Analysis with Resampling for Validation and Exploration), an open-source Python and R package that jointly evaluates multiple clustering algorithms and hyperparameters, returning stability and generalizability diagnostics at the global, cluster, and sample level together with principled selection rules and consensus-based cluster labels. Across six synthetic benchmarks CARVE consistently recovers near-optimal clusterings where classical indices degrade substantially. On experimental genomics and proteomics data sets, CARVE recovers finer biological structure when classical CVIs collapse entirely. CARVE is available with a scikit-learn-compatible Python API and an analogous R interface compatible with Seurat workflows.
- Abstract(参考訳): クラスタリングは、下流のデータ駆動科学発見の基礎として、科学で広く使われている。
しかし、クラスタリングの結果はアルゴリズムの選択や前処理、クラスタ数に非常に敏感であり、再現不可能な科学的主張を生み出す。
クラスタリングソリューションを検証するための現在の最先端技術は、Silhouette、Davies-Bouldin、Calinski-Harabaszなどのクラスタリング検証指標(CVI)で構成されており、これは、医学的な研究で見られる重く、高次元、非線形に構造化されたデータを分解する幾何学的な仮定に依存している。
クラスタリングの安定性と一般化可能性という考え方を基盤としたリサンプリングベースの代替案が提案されているが、統一的でアクセス可能なソフトウェアを持たない特殊なツールに分散している。
このギャップをCARVE(Cluster Analysis with Resampling for Validation and Exploration)で埋める。これはオープンソースのPythonとRパッケージで、複数のクラスタリングアルゴリズムとハイパーパラメータを共同で評価し、グローバル、クラスタ、サンプルレベルでの安定性と一般化性診断を、原則化された選択ルールとコンセンサスベースのクラスタラベルとともに提供する。
CARVEは6つの総合ベンチマークで、古典的な指標が大幅に低下する最適に近いクラスタリングを継続的に回復する。
実験的なゲノミクスとプロテオミクスデータセットにおいて、CARVEは古典的なCVIが完全に崩壊したとき、より微細な生物学的構造を回復する。
CARVEには、Scikit-learn互換のPython APIと、Seuratワークフローと互換性のあるRインターフェースがある。
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