基于CEEMDAN的脉搏波数据增强双层SMOTE算法
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作者:
作者单位:

中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室 太原 030051

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TN911.72

基金项目:

山西省重点研发计划(202102130501011)、海南省重点研发计划(ZDYF2022SHFZ304)项目资助


CEEMDAN-based pulse wave data augmentation with two-layer SMOTE
Author:
Affiliation:

Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Testing, Ministry of Education, North University of China, Taiyuan 030051, China

Fund Project:

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    摘要:

    针对SMOTE算法在处理脉搏波数据不平衡问题中存在噪声干扰敏感及生成样本物理特性失真等问题。本文提出了一种基于CEEMDAN改进的CP-SMOTE算法,将预处理的脉搏波分解为主波层与次波层分别生成样本,可有效去除残余噪声。同时,在生成新样本时,本算法结合脉搏波信号特征,设计了自适应距离度量和约束监督机制,确保生成样本在保持数据物理特性的同时增强类间区分度。基于自建数据集和公开PPG-BP数据集,结合四种分类器对改进算法进行了全面实验。在自建数据集中,CP-SMOTE在AUC、G-mean、F1等关键指标上全面超越SMOTE系列算法,最低提升1.51%,最高提升18.25%。在公开数据集中对比其他改进算法准确率、G-mean和AUC分别提升2.24%、1.47%和1.43%以上。结果表明,该算法显著优于传统SMOTE及其他变种算法,研究结果验证了该算法生成的样本有效避免了物理特性失真问题与噪声干扰问题。

    Abstract:

    To address the SMOTE algorithm′s noise sensitivity and physical distortion in pulse wave imbalance processing, this study proposes a CEEMDAN-enhanced CP-SMOTE that decomposes preprocessed pulse waves into primary/secondary layers for stratified sample generation, effectively eliminating residual noise. By integrating adaptive distance metrics and constrained supervision mechanisms aligned with pulse wave characteristics, the algorithm ensures physiologically authentic sample generation while enhancing inter-class discriminability. Evaluations on proprietary and public PPG-BP datasets with four classifiers demonstrate CP-SMOTE′s superiority: 1.51%-18.25% improvements in AUC, G-mean, and F1 scores on proprietary data, CP-SMOTE consistently outperformed SMOTE-based algorithms across key metrics including AUC,G-mean, and F1-score, with improvements ranging from 1.51% to 18.25% on proprietary data,and minimum 1.43% gains in Accuracy(2.24%),G-mean (1.47%) and AUC (1.43%) on public data, confirming its effectiveness in mitigating physical distortion and noise interference compared to SMOTE variants.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李辉,李振华,李瑞杰,张志东,薛晨阳.基于CEEMDAN的脉搏波数据增强双层SMOTE算法[J].电子测量技术,2025,48(15):35-41

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