I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b er   20 25 ,   p p .   5 6 3 3 ~ 5 6 4 6   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 6 . pp 5 6 3 3 - 5 6 4 6           5633       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   B reas c a ncer   d et ection  using   e nse mble met ho ds       Ala a   M o ha m ed   G ha zy 1 ,   H a l a   B a hy   Na f ea 2 ,   F a y ez   Wa nis   Z a k i 2 ,   H a na M o ha m ed   Amer 2   1 D e p a r t me n t   o f   C o mm u n i c a t i o n a n d   El e c t r o n i c En g i n e e r i n g ,   M a n s o u r a   H i g h e r   I n st i t u t e   of   E n g i n e e r i n g   a n d   Te c h n o l o g y ,     M a n s o u r a ,   E g y p t   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   M a n so u r a   U n i v e r si t y ,   M a n s o u r a ,   Eg y p t       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 4 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Au g   2 2 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   1 4 ,   2 0 2 5       Bre a st  c a n c e r   (BC)   is  o n e   o f   t h e   m o st  c o m m o n   c a n c e rs  a m o n g   w o m e n .   Th is  stu d y ' fra m e wo rk   is  d iv i d e d   i n to   t h re e   p h a se s.  F irst ly ,   a   m a jo rit y   h a rd   v o ti n g   a p p r o a c h   is  u se d   t o   a p p ly   a n   e n se m b le  c las sifica ti o n   m e c h a n ism   a a   d e c isio n   fu si o n   tec h n i q u e   on   t h e   lev e o c o n v o lu ti o n a n e u ra l   n e two r k (CNN s).  F iv e   p re - train e d   CNN s v isu a g e o m e try   g ro u p   1 9   ( VG G 1 9 ),   d e n se ly   c o n n e c ted   c o n v o l u ti o n a n e two rk   2 0 1   (De n se Ne t2 0 1 ) ,   re sid u a l   n e two rk   5 0   (Re sN e t5 0 ) ,   m o b il e   n e two r k   v e rsio n   2   (M o b il e Ne t V2 ),   a n d   in c e p ti o n   v e rsio n   3   (In c e p ti o n V 3 ) a re   e v a lu a ted ,   u si n g   a   d a ta  sp l it ti n g   tes t   ra ti o   re p re se n ts  3 0 %   o t h e   to tal  d a tas e t.   S e c o n d l y ,   th e   c las sifica ti o n   re su lt s   o t h e   fiv e   CNN a re   c o m p a re d   to   g e t h e   b e st - p e rf o rm a n c e   m o d e l.   Th e n ,   se v e n   sta te  o a rt   m a c h in e   c las sifiers d e c isio n   tree   (DT),   h ist o g ra m - b a se d   g ra d ien t   b o o sti n g   c las sifie (HG B),   su p p o rt  v e c to r   m a c h in e   (S V M ),   ra n d o m   fo re st   (RF ),   l o g isti c   re g re ss io n   ( LR),   g ra d ien t   b o o st in g   (G B),   a n d   e x trem e   g ra d ien t   b o o st in g   (XG B) a re   u se d   to   imp r o v e   sy ste m   p e rf o rm a n c e   o n   t h e   fe a tu re   v e c to th a wa tak e n   fr o m   th is  CNN   m o d e l.   T h ir d ly ,   to   imp ro v e   ro b u stn e ss ,   a   m a jo rit y   h a rd   v o ti n g   tec h n i q u e   is  u se d   a t h e   e x tern a c las sifier   lev e l   u si n g   th e   h i g h e st   fo u c la ss ifi e rs  se lec ted   b a se d   o n   th e ir  a c c u ra c y .   S e v e ra e x p e rime n ts  we re   c o n d u c ted   in   t h is  st u d y ,   a n d   t h e   re su lt sh o we d   th a Re sN e t5 0   p r o d u c e d   th e   b e st  re su lt in   term o p re c isio n   a n d   a c c u ra c y .   Th e   m a jo rit y   v o ti n g   m e c h a n ism   imp ro v e t h e   sy ste m ’s  a c c u ra c y   to   9 9 . 8 5 %   th ro u g h   CNN s a n d   to   1 0 0 %   th r o u g h   tra d it i o n a c las sifiers .   K ey w o r d s :   B r ea s t c an ce r   C o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   E x ter n al  class if ier s     M a j o r i t y   h a r d   v o t i n g   m e c h a n is m   Ma m m o g r am   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   Gh az y   Dep ar tm en t o f   C o m m u n icatio n s   an d   E lectr o n ics E n g in ee r i n g ,   Ma n s o u r a   Hig h er   I n s titu te  o f   E n g i n ee r in g   an d   T ec h n o lo g y   Ma n s o u r a,   E g y p t   E m ail  :   alaa m o h am ed g h az y @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   B C   is   th m o s co m m o n   d is ea s in   th wo r ld ,   with   7 . 8   m illi o n   p eo p le  liv in g   with   d iag n o s is   as  o f   th en d   o f   2 0 2 0 .   I o cc u r s   in   ev er y   co u n tr y   o f   th wo r ld   in   wo m en   at  an y   ag af ter   p u b er ty   b u with   in cr ea s in g   r ates  in   later   life ,   ac co r d in g   to   th W o r ld   Hea lth   Or g an izatio n   ( W HO )   [ 1 ] .   Ma m m o g r ap h y   is   th m o s r eliab le  an d   ac cu r ate  s cr ee n in g   tech n iq u an d   r em ain s   th g o ld   s tan d ar d   f o r   co m m u n ity   b r ea s ca n ce r   ( B C )   s cr ee n in g   [ 2 ] .   C u r r en tly ,   alth o u g h   it  ca n no b r ep lace d ,   m am m o g r ap h y   is   s till   u tili ze d   co m b in ed   with   MRI  an d   u ltra s o u n d ,   p ar ticu lar ly   in   ca s es  wh er th d en s ity   o f   b r ea s tis s u is   s ig n if ican t.  I is   th m ajo r   clin ical  test in g   B ec au s it  ca n   b in ter p r eted   in   s ev er al  m an n er s   to   p r o v id ad d itio n al  in f o r m atio n   p r io r   to   d iag n o s is   o r   d etec tio n ,   h ig h   p r ec is e,   an d   ca n   id en tify   ar o u n d   8 0 % 9 0 % o f   th d an g er   o f   ca n ce r .   Acc o r d in g   to   p r ev io u s   s tu d ies,  ea r ly   d etec tio n   ( th tu m o r   is   at  least 2 0   m m   in   s ize)   o f   b r ea s t c an ce r   is   cr u cial  b ec au s it  ca n   co n tr ib u te  to   u p   to   4 0 % d ec r ea s in   m o r tality   r ate  [ 3 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 6 3 3 - 5 6 4 6   5634   T h g o al  o f   th is   r esear ch   is   to   in cr ea s th p r ec is io n   o f   B C   p r ed ictio n   m o d els.  Fu ll  ar ticle  u s u ally   f o llo ws  s tan d ar d   s tr u ctu r e:  T h r elate d   wo r k   is   p r esen ted   in   s ec tio n   2 .   Sectio n   3   p r o v id es  d etailed   d escr ip tio n   o f   th f r am ewo r k ' s   s u g g ested   m eth o d o lo g y ,   em p lo y   d ee p   lear n in g   alg o r ith m s ,   class if icatio n   m eth o d s ,   an d   m ajo r ity   v o tin g   s y s tem .   Sectio n   4   d elv es in to   d ataset  d escr ip tio n ,   Sy s tem   s p ec if icatio n s ,   Fin e - tu n ed   p r e - tr ain ed   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NNs) ,   d ata  p r ep r o ce s s in g ,   an d   th ex p er im en tal  r esu lts .   I also   in clu d es  th s tan d ar d s   b y   wh ich   th m o d els'   p er f o r m an ce   is   ev alu ated .   T h co n clu s io n   is   s h o wn   in   s ec tio n   5 .   T h p r in cip al  co n tr ib u tio n s   o f   th s u g g ested   wo r k   ar e:   a.   C o m p ar th ac cu r ac y   an d   ev alu atio n   m ea s u r p er f o r m an ce   o f   in d iv id u al  p r etr ain ed   C NNs  th en   ap p ly   th m ajo r ity   h ar d   v o tin g   to   in cr ea s th b en ef it  f r o m   f ea tu r es  o f   ea ch   C NN  an d   th u s   in cr ea s ac cu r ac y   o f   th s y s tem .   b.   Stu d y   th ef f ec o f   u s in g   e x ter n al  m ac h in lear n in g   class if ier s   o n   th p e r f o r m an ce   o f   p r etr ain ed   C NN  m o d el  b y   ap p ly i n g   s ev en   m ac h in lear n in g   class if ier s   to   th f ea tu r e   v ec to r   ex tr ac ted   f r o m   b est  ar ch itectu r o u t o f   th f iv p r e - tr ain ed   m o d el  f r o m   th f ir s t stag an d   c o m p ar its   p er f o r m a n ce .   c.   S tu d y in g   th e f f ec o f   a p p ly in g   two - lev el  en s em b le  f r am ewo r k   th at  co m b in es  d ee p   l ea r n in g   m o d els  ( C NNs)  an d   ex ter n al  class if ier s   to   en s u r e   r o b u s tn ess   an d   in cr ea s s y s tem   p er f o r m an ce .       2.   RE L AT E WO RK   Ma m m o g r am   im a g es  wer wid ely   s tu d ied   f o r   B C   d etec tio n   an d   class if icatio n   u s in g   v ar io u s   C NN s .   Nu m er o u s   r esear ch   s tu d ies  h av r ep o r ted   s ig n if ican r esu lts   u s in g   d if f er en class if ier s   an d   d ee p   lear n in g   tech n iq u es.  s u m m ar y   o f   th m o s s ig n if ican r elate d   wo r k   is   in clu d ed   in   T ab le  1 ,   s h o wca s in g   d iv er s e   ap p r o ac h es  ap p lied   to   d if f e r e n d atasets .   L ag h m ati  et  a l.   [ 4 ]   ap p lied   f o u r   tr ad itio n al  cl ass if ier s ar tific ia l   n eu r al  n etwo r k   ( ANN) k - n e ar est  n eig h b o r s   ( KNN) ,   s u p p o r v ec to r   m ac h in es  ( SVM) ,   an d   d ec is io n   tr ee   ( DT ) o n   th Ma m m o g r ap h i Ma s s   d ataset,   ac h iev in g   m ax im u m   ac c u r ac y   o f   8 4 with   ANN.   Ho wev er ,   th s tu d y   was  lim ited   b y   its   r elian ce   o n   class ical  m o d els  an d   r elativ ely   lo ac cu r ac y Ng u y en   et  a l.   [ 5 ]   u tili ze d   b o th   s u p er v is ed   a n d   u n s u p er v is ed   lear n in g   ap p r o a ch es  with   p r in cip al   co m p o n e n an aly s is   ( PC A) b ased   f ea tu r e   s elec tio n .   Alth o u g h   en s em b le   v o tin g   ac h i ev ed   ar o u n d   9 0 ac cu r ac y ,   th s tu d y   lack ed   in teg r atio n   with   d ee p   f ea tu r ex tr ac to r s   an d   d id   n o ex p lo r e   C NN   ar ch itectu r es,  wh ich   ar k n o wn   to   p er f o r m   b etter   in   im ag e - b ased   task s .       T ab le  1 .     Sh o s u m m ar y   o f   r e lated   wo r k   N o .   A u t h o r   Y e a r   M e t h o d o l o g y   R e s u l t s   1   La g h m a t i   e t   a l .   [ 4 ]   2 0 1 9   A N N ,   S V M ,   D T   a n d   K N N   W i t h   8 4 a c c u r a c y ,   t h e   A N N   m o d e l   p r o d u c e d   t h e   b e st   r e s u l t s   2   N g u y e n   e t   a l .   [ 5 ]   2 0 1 9   S V M ,   A d a B o o st ,   L R   a n d   e n s e m b l e   v o t i n g   c l a ss i f i e r   En se mb l e   v o t i n g   c l a ssi f i e r a c h i e v e d   a r o u n d   9 0 a c c u r a c y   3   G o p a l   e t   a l .   [ 6 ]   2 0 2 1   R F ,   M LP  a n d   LR   Th e   a p p l i e d   R F   mo d e l   a c h i e v e d   9 5 %   a c c u r a c y   4   B a t a i n e h   [ 7 ]   2 0 1 9   K - N N ,   N B ,   M LP,   a n d   S V M   t h r o u g h   W B C D   d a t a se t   Th e   ma x i mu m   a c c u r a c y   o f   9 9 . 1 2 %   w a a t t a i n e d   b y   M LP.   5   M a n g u k i y a   [ 8 ]   2 0 2 2   R F ,   N B ,   S V M ,   D T ,   K N N ,   X G B o o st ,   a n d   A d a B o o st   t h r o u g h   W B C D   X G B o o st   a c h i e v e d   9 8 . 2 4 %   a c c u r a c y   6   O sman   a n d   A l j a h d a l i   [ 9 ]   2 0 2 0   En se mb l e   b o o s t i n g   w i t h   R B F   n e u r a l   n e t w o r k   En se mb l e   b o o s t i n g   a c h i e v e d   9 8 . 4 %   a c c u r a c y   7   K u mar  e t   a l .   [ 1 0 ]   2 0 1 9   1 2   c l a ss i f i e r i n c l u d i n g   t r e e   a n d   l a z y   a l g o r i t h ms   Tr e e   a n d   l a z y   c l a ssi f i e r s r e a c h e d   9 9 %   a c c u r a c y   8   M o h a me d   e t   a l .   [ 1 1 ]   2 0 2 2   C N N   ( U - N e t )   o n   D M R - I R   d a t a s e t   S p e c i f i c i t y   =   9 8 . 6 7 %,   S e n s i t i v i t y   =   1 0 0 %,   a n d   A c c u r a c y   =   9 9 . 3 3 %   9   S i n g h   e t   a l .   [ 1 2 ]   2 0 2 3   H y b r i d   a l g o r i t h ms   o n   W B C D   d a t a set   A c h i e v e d   9 8 . 9 6 %   a c c u r a c y .   10   C h e n   e t   a l .   [ 1 3 ]   2 0 2 3   X G B ,   R F ,   L R ,   a n d   K N N   X G B   a c h i e v e d   b e s t   a c c u r a c y   o f   9 7 . 4 %.   11   H a mza   a n d   M e z l   [ 1 4 ]   2 0 2 4   C N N   ( U - N e t + + )   w i t h   M o b i l e N e t V 2   a n d   I n c e p t i o n V 3   o n   u l t r a so u n d   M o b i l e N e t V 2   a c h i e v e d   9 6 . 5 8 a c c u r a c y ;   I n c e p t i o n V 3   a c h i e v e d   7 2 . 8 0 %.       Go p al   et  a l.   [ 6 ]   em p lo y ed   R F,  L R ,   an d   m u ltil ay er   p er ce p tr o n   ( ML P)  o n   th W B C d ataset,   r ep o r tin g   m ax im u m   ac c u r a cy   o f   9 5 %.  Ho wev er ,   th eir   m eth o d   d i d   n o c o n s id er   c o m b i n in g   d ee p   lear n i n g   with   class ical  m o d els,  lim it in g   its   s ca lab ilit y   an d   r o b u s tn ess   o n   lar g er   d atasets .   B atain eh   [ 7 ]   co m p ar ed   ML P,   KNN,   SVM,   an d   Naïv e   B ay e s   ( NB ) ,   wh er ML ac h iev ed   9 6 . 7 0 %   ac cu r ac y .   Desp ite  th i s   im p r o v e m en t,  t h s tu d y   was  co n s tr ain ed   b y   th e   lack   o f   en s em b le  s tr ateg ies  an d   ab s en ce   o f   d ec is io n   f u s io n   m ec h an is m s   th at  co u ld   i n cr ea s m o d el  r eliab ilit y .   Ma n g u k i y [ 8 ]   test ed   s ev en   class if ier s ,   r ep o r tin g   a   p ea k   a cc u r ac y   o f   9 8 . 1 4 %   u s in g   XGBo o s t.  Ho wev er ,   th e   lack   o f   C NN - b ased   f ea tu r e   e x tr ac tio n   lim its   th e   m o d el' s   ap p licab ilit y   f o r   h i g h - d im en s io n al  im ag e   d ata.   Osm an   an d   Aljah d ali   [ 9 ]   u s ed   a n   e n s em b le  b o o s tin g   m eth o d   co m b in ed   with   a   r ad ial   b asis   f u n ctio n   ( R B F)  n eu r al  n etwo r k ,   r ea ch in g   9 8 . 4 ac c u r ac y .   Yet,   th ei r   ap p r o ac h   d i d   n o in c o r p o r ate  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B r ea s t c a n ce r   d etec tio n   u s in g   en s emb le  meth o d s   ( A la a   Mo h a med   Gh a z y )   5635   m u ltip le  C NNs  o r   e v alu ate  r o b u s tn ess   th r o u g h   ex te r n al  class if ier s .   Ku m ar   et  a l.   [ 1 0 ]   ev alu ate d   twelv e   class if ier s   an d   ac h iev ed   u p   t o   9 9 ac cu r ac y   u s in g   tr ee - b ased   m o d els.  W h ile  co m p r eh en s iv e,   th eir   s tu d y   lack ed   a   h y b r id   e n s em b le  s tr u ctu r th at  c o m b in es   C NN  f ea tu r es  with   tr ad itio n al  class if ier s .   Mo h am ed   et  a l.   [ 1 1 ]   ap p lied   U - Net  C NN  to   th er m al  im a g es  an d   ac h ie v ed   ex ce llen t   p er f o r m a n ce   ( ac cu r ac y = 9 9 . 3 3 %,   s en s itiv ity   1 0 0 %).   No n eth eless ,   th s co p was  lim ited   to   th er m al  im ag in g   an d   d id   n o ex ten d   to   m am m o g r a p h y   o r   e n s em b le  f u s io n   s tr ateg ies.   Sin g h   et   a l.   [ 1 2 ]   u s ed   h y b r id   f ea tu r e   s elec tio n   m eth o d   th at   im p r o v e d   p er f o r m an ce   to   9 8 . 1 6 %,  b u th s tu d y   d i d   n o t   ex p lo r en s em b le  m eth o d s   co m b in in g   m u ltip le   C NNs  wi th   m ac h in lear n i n g   class if ier s .   C h en   et  a l.   [ 1 3 ]   co m p ar e d   XGBo o s t,  R F,  L R ,   an d   KNN,   with   XGBo o s p er f o r m in g   b est  ( 9 7 . 4 ac cu r ac y ) .   Ho wev er ,   th a b s en ce   o f   C NN - b ased   f ea tu r ex tr ac tio n   r estricts  its   ef f ec tiv en ess   f o r   co m p lex   im ag d ata.   Ham za   an d   Me zl   [ 1 4 ]   em p lo y e d   C NN  ( U - Net+ +)   f o r   b r ea s r eg io n   s eg m en tatio n   f r o m   u lt r aso u n d   im ag es  an d   u s ed   M o b ileNetV2   an d   I n ce p tio n V3   f o r   class if icatio n .   Alth o u g h   Mo b ileNetV2   ac h iev ed   9 6 . 5 8 ac cu r ac y ,   th s tu d y   was  lim ited   b y   u s in g   s in g le  C NN  m o d els  an d   lack ed   class if ier - lev el  en s em b le  m ec h an is m s .     2 . 1 .   I dentif ied g a ps   a nd   m o t iv a t io n   W h ile  ex is tin g   s tu d ies  h av e   m ad m ea n in g f u p r o g r ess ,   m o s s u f f er   f r o m   at   least  o n o f   th e   f o llo win g   lim itatio n s :   i)   Used   o n ly   s in g le  m o d el,   m ak in g   th em   s u s ce p tib le  to   o v er f i ttin g   an d   lack   o f   g en er aliza tio n ;   ii)  L im ited   in teg r atio n   o f   d ee p   lear n in g   wit h   tr ad itio n al  class if ier s ,   r ed u cin g   th p o ten tial  f o r   h y b r id   lear n i n g ;   iii)   L ac k   o f   m u lti - lev el  en s em b le   tech n i q u es,  wh ich   c o u ld   en h a n ce   r o b u s tn ess   an d   ac cu r ac y ;   an d   iv )   U s o f   n o n - m am m o g r ap h ic  d atasets   ( th er m al  o r   u ltra s o u n d   im ag es),   lim itin g   ap p licab ilit y   to   m am m o g r a p h y - b ased   d iag n o s is .   T h ese  lim itatio n s   h ig h lig h t   th n ee d   f o r   m o r c o m p r e h en s iv e,   en s em b le - b ased   f r am ewo r k   t h at  in teg r at es  m u ltip le  C NN s   an d   tr ad itio n al  class if ier s   th r o u g h   d ec is io n - lev el  f u s io n .   T h p r o p o s ed   m eth o d   ad d r ess es th ese  g ap s   b y :   a.   C o m p ar in g   a n d   co m b in in g   f iv d if f er en t CNN m o d els u s in g   h ar d   v o tin g   m ec h an is m .   b.   F ee d in g   th b est C NN’ s   ex tr ac ted   f ea tu r es in to   m u ltip le  m a ch in lear n in g   class if ier s .   c.   A p p ly in g   s ec o n d   e n s em b le  a t th class if ier   lev el  to   en h an c s y s tem   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess .       3.   M E T H O D   T h is   r esear ch   p r o p o s es  r o b u s h y b r id   e n s em b le  f o u n d atio n   f o r   B C   b in ar y   class if icatio n   with   m am m o g r a p h ic  im a g es.  T h m eth o d o l o g y   is   s tr u ctu r e d   in t o   th r ee   s tag es,  in teg r atin g   th e   s tr en g th s   o f   C NNs  an d   class if ier s   to g eth e r .   T h e   f r am ewo r k   is   ev alu ated   u s i n g   a   p u b licly   a v ailab le  m a m m o g r a p h y   d ataset.   Fig u r es 1   th r o u g h   4   illu s tr ate  th wo r k f l o an d   c o m p o n en ts   o f   th p r o p o s ed   s y s tem .   a.   F ir s t s ta g e:   u tili z in g   p r e - tr a in ed   C N N s   fo r   fea tu r ex tr a ctio n     A th b eg in n in g ,   f iv p r e - tr ain ed   m o d els VGG1 9 ,   Den s eNe t2 0 1 ,   R esNet5 0 ,   Mo b ileNetV2 ,   an d   I n ce p tio n V3 ar u s ed   in   m am m o g r ap h y   im ag es to   ex tr ac t d ee p   f ea tu r es a s   s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h ese  m o d els   ar f in e - tu n ed ,   u s in g   weig h ts   in itialized   f r o m   th I m ag eNe d ataset.   T o   en h an ce   th ad ap tab ilit y   o f   ea ch   m o d el  to   th b r ea s ca n ce r   class if icatio n   task ,   cu s to m   class if icatio n   h ea d s   ar ap p en d ed ,   co n s is tin g   o f   Flatten   lay er ,   f u lly   co n n ec ted   Den s lay er   u s in g   R eL ac tiv atio n ,   Dr o p o u lay er   to   av o id   o v er f itti n g ,   an d   f in al  So f m ax   lay er   to   p er f o r m   b in ar y   class if icatio n .           Fig u r 1 .   Prim m ec h an is m   o f   th p r o p o s ed   m et h o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 6 3 3 - 5 6 4 6   5636   T h d ataset  is   s p lit   r an d o m ly   in to   tr ain in g   s et  r ep r esen ts   7 0 an d   th test in g   s et  r ep r esen ts   3 0 o f   th to tal  d ataset.   T h e   Ad am   o p tim izer   is   u s ed   to   f in e -   tu n e   ea ch   m o d el  ac r o s s   2 0   ep o ch s   an d   ea r ly   s to p p in g   p atien ce   1 0   to   r ed u ce   u n n ec ess ar y   co m p u tatio n   a n d   Min i m ize  o v er f itti n g .   T h p er f o r m an ce   o f   ea ch   C NN  is   in d ep en d en tly   ev alu ated   a n d   co m p ar ed   to   g et  th b est - p er f o r m an ce   m o d el.   T o   en h an ce   d ec is io n   r eliab ilit y   an d   r e d u ce   m o d el - s p ec if ic  b i ases ,   th o u tp u ts   o f   all  f iv e   C NNs  ar f u s ed   u s in g   m a jo r ity   h ar d   v o tin g   m ec h an is m   at  th d ec is io n   lev el  as  s h o wn   in   Fig u r 2 .   T h is   en s em b le  ap p r o ac h   ag g r eg ates  th p r ed ictio n s   f r o m   in d iv id u al  m o d els an d   s elec ts   th m o s t f r eq u en t c lass   a s   th f in al  d ec is io n .           Fig u r 2 .   Ma jo r ity - h ar d   v o tin g   tech n iq u o n   th e   lev el  o f   co n v o lu tio n   n eu r al  n etwo r k s       b.   S ec o n d   st a ge:   appl yi n g se ve n cl a ss i f i er s  t h rough  t he  be st  C N N   At  s ec o n d   s tag e,   th b est - p er f o r m in g   C NN  m o d el  f r o m   th p r ev io u s   p h ase  is   u s ed   as  f ea tu r ex tr ac to r .   T h f ea tu r v ec to r s   o b tain ed   f r o m   th p en u ltima te  lay er   o f   th is   m o d el  s er v as  in p u to   s ev en   class if ier s DT ,   L R ,   HGB,  SVM,   R F,  GB ,   an d   XGB  as  s h o wn   Fig u r 3 .   E ac h   class if ier   is   tr ain ed   o n   th ex tr ac ted   f ea tu r v ec to r s   u s in g   co n s is ten h y p er p ar am eter   tu n in g .   T h is   s tag is   d esig n ed   to   lev er ag th d is cr im in ativ p o wer   o f   th C NN  f ea tu r es  an d   th class if ier s   ab ilit ies  to   d is tin g u is h   b etwe en   b en ig n   tu m o r   an d   m alig n an t tu m o r .           Fig u r 3 .   Sev e n   s tate - of - th e - ar t m ac h in class if ier s   ar u s ed   in   th p r o p o s ed   m eth o d       c.   Th ir d   st age :  U s i ng m aj ori t y  hard v o t i ng on  t he  l e ve l   of   ex t e rna l  c l ass i f i e rs   I n   th f in al  s tag e,   m ajo r ity   h ar d   v o tin g   m ec h an is m   is   ap p lied   o n   th lev el  o f   th ex ter n al  class if ier s .   T h b est  f o u r   class if ier s   th at  ac h iev ed   th h ig h est  ac cu r ac y   p er f o r m an ce   ar s elec ted   an d   in teg r ated   u s in g   m ajo r ity   h ar d   v o tin g   s tr ateg y   as  s h o wn   in   Fig u r 4 .   T h is   class if ier - lev el  en s em b le  ag g r eg ates  th p r ed ictio n s   o f   th m o s r eliab le  m o d els,  aim in g   to   r ed u ce   in d iv id u al  class if ier   v ar ian ce   an d   im p r o v o v er all  s y s tem   r o b u s tn ess   an d   s tab ilit y .   T h p r o p o s ed   th r ee - s tag f r am ewo r k   co m p r is in g   d ee p   f ea tu r ex tr ac tio n ,   th in co r p o r atio n   o f   class if ier s ,   an d   en s em b le - b ased   d ec is io n   f u s io n   s tr ateg ically   co m b in es  th b en ef its   o f   d ee p   lear n in g   an d   co n v en tio n al  m eth o d s .   T h is   h y b r id   s tr ateg y   im p r o v es  th s y s tem s   ab ilit y   to   d eliv er   h ig h   class if icatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B r ea s t c a n ce r   d etec tio n   u s in g   en s emb le  meth o d s   ( A la a   Mo h a med   Gh a z y )   5637   ac cu r ac y ,   im p r o v ed   g en er aliza tio n ,   an d   in cr ea s ed   r o b u s tn ess   ac r o s s   d iv er s d iag n o s tic  co n d itio n s .   E x p er im en tal  f in d in g s   v alid ate  th ef f ec tiv en ess   o f   th f r am ewo r k ,   h ig h lig h tin g   its   p r o m is as   an   ef f ec tiv an d   d ep en d ab le  m eth o d   f o r   B C   d etec tin g   in   m ed ical  im ag in g .           Fig u r 4 .     m ajo r ity - h ar d   v o tin g   m ec h an is m   o n   th lev el  o f   e x ter n al  class if ier s       3 . 1 .   T he  a pp lied CN Ns   o f   pr o po s ed  m o del   3 . 1 . 1 .   VG G 1 9   a rc hite ct ure   I is   d ee p   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ar ch itectu r p r o p o s ed   b y   th Vis u al  Geo m etr y   Gr o u p   at  th Un iv er s ity   o f   Ox f o r d ,   in tr o d u ce d   b y   Simo n y an   an d   Z is s er m an   in   2 0 1 4   [ 1 5 ] .   I co n s is ts   o f   1 9   weig h lay er s   th at  u s s m all  3 ×3   co n v o lu tio n   f ilter s   co n s is ten tly   ac r o s s   all  co n v o lu tio n al  lay er s .   T h ar ch itectu r f o llo ws  f ix ed   p atter n   o f   co n v o lu tio n al  lay er s   th en   R ec tifie d   L in ea r   Un it  an d   m ax - p o o lin g   lay er s ,   wh ich   im p r o v es  f ea tu r ex tr ac tio n   wh ile  m ain tain in g   co m p u tatio n al  ef f icien cy .   T h is   u n if o r m   ar ch itectu r f ac ilit ates  d ee p er   n etwo r k s   with o u s ig n if ican tly   in cr ea s in g   th n u m b er   o f   p ar am eter s ,   m ak in g   it  well - s u ited   f o r   lar g e - s ca le  im ag r ec o g n itio n   task s   [ 1 6 ] .     3 . 1 . 2 .   Dense Net   a rc hite ct ure   Den s eNe t,  o r   d en s ely   co n n ec ted   co n v o lu tio n al  n etwo r k ,   was  in tr o d u ce d   b y   Hu an g   et  a l.   in   2 0 1 7   [ 1 7 ] .   B y   f ee d - f o r war d ly   co n n ec tin g   ea ch   lay er   to   ev er y   o th er   lay er ,   th is   ar ch itectu r im p r o v es  g r ad ien f lo an d   in f o r m atio n .   Sp ec if ically ,   ev er y   lay er   r ec eiv es  f ea tu r m ap s   f r o m   all  p r ec ed in g   lay er s ,   p r o m o tin g   f ea tu r r eu s an d   m itig atin g   th p r o b lem   o f   v an is h in g   g r ad ien t.  I t is ef f icien t in   ter m s   o f   p ar am eter   u s ag e,   as it a v o id s   r ed u n d an f ea tu r lear n in g   an d   d ec r ea s es  th o v er all  p ar am eter s   in   co n tr ast  to   tr ad itio n al  C NNs.  I ts   u s o f   d en s b lo ck s   an d   tr an s itio n   lay er s   allo ws  f o r   co m p ac t,  y et  p o wer f u l,  n etwo r k s   th at  p er f o r m   ex ce p tio n ally   well  o n   class if icatio n   task s   [ 1 8 ] .     3 . 1 . 3 .   ResNet 5 0   a rc hite ct ure   I is   d ee p   r esid u al  n etwo r k   in tr o d u ce d   b y   He  et  a l.   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] wh ich   was  d ev elo p ed   at  Mic r o s o f R esear ch   Asi a.   T h ar ch itectu r is   d is tin g u is h ed   b y   its   u s o f   r esid u al  co n n ec tio n s   o r   "sk ip   co n n ec tio n s , wh ich   m ak it  ea s ier   f o r   g r ad ien ts   to   m o v th r o u g h   th lay er s   d u r in g   th tr ain in g   o f   d ee p   n etwo r k s .   T h ese   co n n ec tio n s   s o lv in g   th p r o b lem   o f   v an is h in g   g r ad ien t,  wh ich   co m m o n ly   af f ec ts   d ee p   C NNs.  R esNet5 0   co n s is ts   o f   5 0   lay er s   an d   was p r etr ain ed   o n   th I m ag eNe t d ataset  to   en h an ce   its   g en er aliza tio n   ca p ab ilit ies .     3 . 1 . 4 .   M o bil e Net   a rc hite ct ure   I is   lig h tweig h d ee p   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ar ch itectu r d esig n ed   b y   Go o g le’ s   Mo b ile  Vis io n   team ,   s p ec if ically   tailo r ed   f o r   ef f icien in f er en ce   in   m o b ile  an d   em b ed d ed   v is io n   ap p licatio n s   [ 2 0 ] T h m o d el  in tr o d u ce s   Dep th wis e   s ep ar ab le  co n v o lu tio n s   an d   lin ea r   b o ttlen ec k s   to   m in im ize  m o d el  s ize  an d   co m p u tin g   co m p lex ity   wh ile  p r eser v in g   co m p etitiv ac cu r ac y .   T h lin ea r   b o ttlen ec k   lay er s   r ed u ce   th d im en s io n ality   o f   f ea tu r m ap s   an d   en h an ce   n o n - lin ea r ity ,   en ab lin g   th m o d el  to   o p er ate  ef f icien tly   o n   d ev ices w ith   lim ited   p r o ce s s in g   r eso u r ce s .       3 . 1 . 5 .   I ncept io n Net   a rc hite ct ure   I is   also   k n o wn   as  Go o g L eNe t,  was  in tr o d u ce d   b y   Szeg ed y   et  a l.   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   I em p lo y s   f ac to r ized   co n v o lu tio n s   an d   in ce p tio n   m o d u les  to   d r am atica lly   m in im ize  o v er   all  p ar am eter s   wh ile  r etain in g   h ig h   ac cu r ac y   in   task s   o f   im ag class if icatio n .   T h ar ch itectu r co m b in es  m u ltip le  co n v o lu tio n al  f ilter   s izes  with in   s in g le  m o d u le,   wh ich   allo ws  it  to   ca p tu r in f o r m atio n   at  d if f er en s ca les.  Du to   its   ef f icien d esig n   an d   p o wer f u l p er f o r m an ce .   I t is p r etr ain ed   o n   th I m ag eNe t d ataset  an d   wid ely   ad o p ted   in   co m p u ter   v is io n   task s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 6 3 3 - 5 6 4 6   5638   3 . 2 .     T he  us o f   diff er ent   cla s s if iers t hro ug h pro po s e d m o del.   3 . 2 . 1 .   Ra nd o m   decisi o n t re e   I is   s u p er v is ed   alg o r ith m s   m ain ly   u s ed   f o r   th g r ap h ical  r ep r esen tatio n   o f   all  th p o s s ib le  s o lu tio n s   [ 2 2 ] .   I is   ch ar ac ter ized   b y   th ab ilit y   to   id en tify   an d   ch o o s th m o s im p o r tan attr ib u tes  wh ich   ar u s ef u in   th class if icatio n   s tag e.   I ca n   also   s elec th attr ib u tes  wh ich   d eliv er   th m ax im u m   in f o r m atio n   g ain   ( I G)   wh ich   is   d ef in ed   as:      = (   )   (   )     (1 )       wh er E n tr o p y   ( E )   is   d ef in e d   as:     = ( l og 2 )   (2 )     an d     is   th p r o b a b ilit y   o f   class   i.     3 . 2 . 2 .   G ra dient  bo o s t ing   cla s s if ier     I is   p r ef er r ed   f o r   s m all  s am p les  an d   is   co n s id er ed   an   ex ce llen m o d el  f o r   r eg r ess io n   an d   class if icatio n ,   p ar ticu lar ly   f o r   tab u lar   d ata  [ 2 3 ] .   I is   ch ar ac ter ized   b y   ea s y   im p lem en tatio n ,   lo co m p u tatio n al  co s t,  an d   ef f icien cy .     3 . 2 . 3 .   H is t   g ra dient  bo o s t ing   cla s s if ier   I is   an   en h an ce d   v er s io n   o f   GB DT   th at  cr ea tes  h is to g r am   o f   f ea tu r v alu es  d u r in g   tr ain in g   wh ile  r ed u cin g   tr ain in g   tim an d   m em o r y   co n s u m p tio n   an d   s p litt in g   th co n tin u o u s   v ar iab le  in to   b in s .   I is   ch ar ac ter ized   b y   s p ee d   with   lar g n u m b er   o f   s am p les.  T h u tili za tio n   o f   h is to g r am s   an d   b etter   d ata  s tr u ctu r es  is   p r im ar ily   r esp o n s ib le  f o r   th is   s p ee d   in cr ea s e.   T h alg o r ith m   lear n s   h o to   h an d le  m is s in g   d ata  d u r in g   tr ain in g ,   m ak in g   th p r o ce s s   m o r s tr aig h tf o r war d   an d   ef f icien [ 2 4 ] .     3 . 2 . 4 .   Su pp o rt   v ec t o m a c hi ne   I co n s id er s   th m o s d ep en d ab le  alg o r ith m s   b ased   o n   s tatis tical  lear n in g   f r am ewo r k s .   I is   r eg ar d ed   as  Dec is io n   p lan e - b ased   m o d el  [ 2 5 ]   th at  o f f er s   s o lu tio n   f o r   b o th   r eg r ess io n   an d   class if icatio n   p r o b lem s   as  well  as  f o r   b o th   lin ea r   an d   n o n - lin ea r   d atasets .   T h b asic  id ea   o f   SVM  was  to   s ep ar ate  d if f er en g r o u p s   u s in g   h y p er p lan es.  T h two   m ain   is s u es  with   SVM  ar th co r r ec s elec tio n   o f   k er n el  f u n ctio n ,   an d   its   p ar am eter s   [ 2 6 ] .   T h k er n el  f u n ctio n   allo ws  SVMs  to   class if y   o n e - d im en s io n al  d ata  in   two - d im en s io n al  ap p r o ac h .     T y p ically ,   lin ea r   k er n el  f u n ctio n   is   d ef in ed   as f o llo ws:     ( , ) =      ( 3 )     An d   Po ly n o m ial  k er n el  f u n cti o n s   ar d ef i n ed   as:     ( , 1 ) = ( 1 + )       ( 4 )       is   d eg r ee   o f   k er n el  f u n ctio n .     3 . 2 . 5 .     Ra nd o m   decisi o n f o re s t   I b u ild s   m an y   d ec is io n   tr ee s   d u r in g   th tr ain in g   p h ase  an d   th en   g en er ates  class es  f o r   ea ch .   I is   m ain ly   u s ed   in   class if icatio n   an d   r eg r ess io n .   B y   cr ea tin g   n u m er o u s   d ec is io n   tr ee s   f r o m   tr ain in g   d ata  u s in g   b o o ts tr ap p ed   s am p les  with   s m all  m o d if icatio n ,   th d e - co r r elate d   tr ee   v ia  b ag g in g .   T h im p ac o f   ea ch   p r ed ictio n   in f o r m s   th f in al  p r ed ictio n .   I t c an   in ter p r et  ir r elev an t a ttrib u tes an d   h an d le  m is s in g   d ata  [ 2 7 ] .     3 . 2 . 6 .   Sim ple  lo g is t ic  re g re s s io n m o del   T h L R   m o d el  is   p o p u lar   ch o ice  f o r   b in ar y   class if icatio n s   [ 2 8 ] .   I is   b eliev ed   th at  lin ea r   co m b in atio n   o f   th in p u f ea tu r es  eq u als  th co n d itio n al  p r o b ab ilit y   o f   o n o f   th two   o u tp u class es.  T h class if icatio n   m o d el' s   lo g is tic  eq u atio n   is   as f o llo ws:     = ln ( 1 )     ( 5 )       wh er   r ep r esen ts   p r o b a b ilit y   th at  ev en   will o cc u r .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B r ea s t c a n ce r   d etec tio n   u s in g   en s emb le  meth o d s   ( A la a   Mo h a med   Gh a z y )   5639   3 . 2 . 7 .   E x t re m g ra dient  bo o s t ing   E x tr em g r ad ien b o o s tin g   is   s ca lab le  m ac h in lear n in g   s y s tem   f o r   tr ee   b o o s tin g   [ 2 9 ]   wh ich   is   im p lem en ted   f o r   s u p er v is ed   lear n in g   p r o b lem s   an d   d ev elo p ed   s p ec if ically   to   b o o s m o d el  p er f o r m an ce   an d   co m p u tatio n al  ef f ec tiv en ess .   I s o lv es  p r o b lem s   u s in g   m in im al  r eso u r ce s   an d   in co r p o r ates  r eg u lar ized   m o d el  to   p r ev en t o v er f itti n g   an d   is   s u ited   f o r   class if icatio n   p r o b lem s .       3 . 3 .     M a j o rit y   ha rd  v o t ing   mecha nis m   o f   pro po s ed  m o del   I is   wid ely   u s ed   th r o u g h   en s em b le  class if icatio n .   I is   also   ca lled   p lu r ality   v o tin g   an d   u s ed   to   im p r o v th class if icatio n   r esu lts .   I n   th is   tech n iq u e,   th p r ed ictio n   o f   class   lab el  y   p er f o r m s   v ia  m ajo r ity   v o tin g   o f   ea ch   class if ier   C :     =  { 1 ( ) , 2 ( ) , ,  ( ) }      ( 6 )       4.   E XP E R I M E N T A L   RE SUL T S   4 . 1 .     Da t a   des cr iptio n   Fo r   ex p er im en tatio n ,   th d ataset  u s ed   in   th is   s tu d y   is   th b r ea s m am m o g r ap h y   d ataset  with   m ass es  in tr o d u ce d   b y   Hu an g   an d   L in   [ 3 0 ] .   All im ag es in   th is   d ataset  o n   th Me n d eley   web s ite  wer av ailab le  in   PNG  f o r m at  an d   s ized   to   2 2 7 × 2 2 7   p ix els.  T h im ag d atasets   o n   th is   web s ite  wer ar r an g ed   in to   th r ee   m ain   d atasets I b r ea s t,  MI AS,  an d   DDSM  d atasets .     I n   th is   s tu d y ,   th p r o p o s ed   m eth o d   was  im p lem en ted   o n   o n ly   th d ig ital  d atab ase  f o r   s cr ee n in g   m am m o g r ap h y   ( DDSM)   d atasets ,   wh ich   co n s is ted   o f   2 , 1 8 8   m ass   im ag es  ex tr ac ted   f r o m   1 , 3 1 9   ca s es  b ef o r au g m en tatio n   th en   th n u m b er   o f   im ag es  r ea ch ed   1 3 , 1 2 8   m ass   im ag es  af ter   au g m en tatio n ,   ar r an g ed   in   two   m ain   f o ld er s .   T h b en ig n   f o ld er   co m p r is ed   5 , 9 7 0   im ag es  an d   th m alig n an f o ld er   co m p r is ed   7 , 1 5 8   im ag es.  T h is   d atab ase  is n b alan ce d .   So ,   in   th is   s tu d y ,   r an d o m ly   b alan ce d   s u b s et  o f   th DDSM  d ataset  was  s elec ted ,   co n tain in g   1 , 6 0 0   m ass   im ag es d iv id ed   in to   8 0 0   b en ig n   m ass   im ag es a n d   8 0 0   m alig n an t m ass   im ag es  in   b alan ce d   m an n er   as  illu s tr ated   in   T ab le  2 .   s am p le  m am m o g r ap h y   m ass   im ag with   b en ig n   an d   m alig n an t tu m o r s   is   s h o wn   in   Fig u r 5 .       T ab le  2 .   Nu m b er   o f   m am m o g r ap h y   m ass   im ag es u s ed   B e n i g n   i m a g e s   M a l i g n a n t   I mag e s   To t a l   8 0 0   8 0 0   1 , 6 0 0             Fig u r 5 .   B en ig n   an d   m alig n a n t m ass   tu m o r   f r o m   DDSM  d a taset     4 . 1 . 1 .   Da t a   s pli t t ing   T h d ataset  is   s ep ar ated   in to   r an d o m   ( tr ain in g   an d   test in g )   s ets.  T h tr ain in g   d ataset  r ep r e s en ts   7 0 an d   th e   test in g   d ataset  r ep r esen ts   3 0 o f   t h to tal   d ataset.   T ab le  3   illu s tr ates  th n u m b e r   o f   m am m o g r a p h y   m ass   im ag es u s ed   in   th is   s tu d y .       T ab le  3 .   Nu m b er   o f   m am m o g r ap h y   m ass   im ag es u s ed   th r o u g h   s p litt in g   r atio   ( 7 0 :3 0 )   S p l i t t i n g   r a t i o   Tr a i n e d   i ma g e s   Te st e d   i m a g e s   To t a l   D a t a   sp l i t t i n g   ( 7 0 : 3 0 )   1 1 2 0   4 8 0   1 , 6 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 6 3 3 - 5 6 4 6   5640   4 . 2 .     Sy s t e m   s pecif ica t io ns   T h ex p er im en tal  wo r k   is   ca r r ied   o u u s in g   Py th o n   3   in   th Go o g le  C o llab o r ato r y   with   o n lin eT 4   GPU  u s in g   6 4   GB   o f   R AM   an d   an   I n tel  C o r i7   p r o ce s s o r   ar f ea tu r es  o f   th is   lap to p .   I n   th is   ca s e,   th m o d el  is   o p tim ized   u s in g   Ad am   o p tim izer ,   lear n in g   r ate  is   0 . 0 0 0 1 ,   m in im u m   b atch   s ize  is   2 3 ,   an d   th m ax im u m   n u m b er   o f   ep o ch s   is   2 0 .     4 . 3 .     F ine - t un ed  t he  pre - t ra i ned ( CNNs)   I n   o r d er   to   m ax im ize  t h ad v an tag es  o f   tr a n s f er   lear n i n g ,   e v er y   m o d el  u tili ze d   i n   th is   in v esti g atio n   was  f ir s tr ain ed   o n   th e   I m ag e Net  d ataset.   T o   en h a n ce   th eir   ab ilit y   to   ad a p to   th task   o f   B C   clas s if icatio n ,   ar ch itectu r al  m o d if icatio n s   wer m ad b y   ad d i n g   s o m lay er s   s u ch   as  F latten   lay er ,   Den s lay er ,   Dr o p o u lay er   0 . 2 ,   an d   So f tm ax   o u tp u lay er .   T h ese  m o d if ied   m o d els  wer th en   f in e - tu n e d   o n   d ataset  co n s is tin g   o f   1 , 6 0 0   im ag es   o v e r   2 0   tr ain in g   ep o c h s ,   with   e ar ly   s to p p in g   i m p lem en ted   u s in g   p atien ce   v alu o f   1 0   to   av o id   o v er f itti n g .     4 . 4 .     Da t a   p re pro ce s s ing   No r m aliza tio n ,   s ca lin g ,   an d   au g m en tatio n   o f   th tr ain in g   im ag es  ar all  p ar ts   o f   p r ep r o ce s s in g   tech n iq u es.  T h tech n i q u o f   n o r m aliza tio n   in v o lv es  tr an s f o r m in g   p ix el   v alu es  to   f all  with in   p r e d ef in ed   r an g e,   b o u n d ed   b etwe en   0   a n d   1 ,   to   en h a n ce   m o d el  g en er aliza b ilit y   an d   s tr ea m lin t h tr ain in g   p r o ce s s .   T h en ,   th im ag es  ar ad ju s ted   to   ty p ical  s ize  o f   2 2 4 ×2 2 4 × 3   p ix els  to   co n f ir m   th r eq u ir ed   in p u s ize  o f   all  ap p lied   p r e - tr ain ed   m o d els.  T o   im p r o v th d i v er s ity   o f   tr ai n in g   d ata  a n d   b o o s th m o d el ' s   p er f o r m an ce   an d   g en er aliza tio n   ab ilit y ,   d ata  au g m en tatio n   is   m eth o d icall y   ap p lied   to   t h tr ain in g   d ataset.   T h ap p lied   au g m en tatio n   f u n ctio n   is   an   im ag d ata  g en e r ato r   f u n ctio n   in clu d in g   th f o llo win g s h ea r   r an g 0 . 1 ,   wid t h   s h if t r an g 0 . 1 ,   h eig h t sh if r an g 0 . 1 ,   r o tatio n   r a n g 2 0   an d   z o o m   r an g =   0 . 1 .     4 . 5 .     P er f o r m a nce  ev a lua t io n m ea s ures   Per f o r m an ce   e v alu atio n   m etr i cs  wer co m p u ted   b ased   o n   th n u m b e r s   o f   tr u p o s itiv es  ( T P),   f alse   p o s itiv es ( FP ) ,   tr u n eg ativ es ( T N) ,   an d   f alse n eg ativ es ( FN) :       =  +   +  +  +        (7 )     Pr   =   +          ( 8 )         =   +      ( 9 )     1  = 2     +        ( 1 0 )       An d   th ar ea   u n d er   th r ec ei v er   o p er atin g   ch a r ac ter is tic  ( R OC )   cu r v an d   AUC  wer ca l cu lated   to   ev alu ate  th p er f o r m an ce   o f   B C   class if i ca tio n .     4 . 6 .     E x perim ent a re s ults a nd   dis cu s s io   I n   th is   p ar t,  th s u g g ested   B C   class if icatio n   s y s tem 's  p er f o r m an ce   is   ass es s ed   u s in g   d ata  s p litt in g   r atio   o f   3 0 f o r   test in g   an d   7 0 f o r   tr ain in g .   T h s y s tem ' s   d esig n   in clu d es  th r ee - s tag f r am ewo r k   to   en h an ce   s y s tem   ac cu r ac y .   E v er y   s tep   is   e s s en tial  to   en h an cin g   th m o d el' s   ca p ac ity   f o r   p r ed ictio n   u s in g   a   co m b in atio n   o f   co n v en tio n al  m ac h in lear n in g   an d   d ee p   le ar n in g   m eth o d s .   I n   th f ir s s tag e,   f iv e   p r e - tr ain ed   m o d els VGG1 9 ,   Mo b ileNet V2 ,   Den s eNe t2 0 1 ,   R esNet5 0 ,   an d   I n ce p tio n V3 wer tr ai n ed   an d   e v alu ated   u s in g   d ata   s p litt in g   r atio   7 0 : 3 0 .   T h eir   in d iv id u al  class if icatio n   p e r f o r m an ce s   ar e   ev al u ated ,   a f ter   th at   a   m ajo r ity   h ar d   v o tin g   m ec h a n is m   is   ap p lied   to   co m b in t h eir   p r ed ictio n s .   T h is   en s em b le  tech n iq u m itig ate s   th d is ad v an tag es o f   an y   o n C NN  wh ile  u tili zin g   th b en ef its   o f   ea ch   m o d el  to   in cr ea s o v er all  ac cu r ac y .   T h s ec o n d   s tep   is   to   im p r o v s y s tem   p er f o r m an ce   b y   d eter m in in g   wh ich   C NN  m o d el  p er f o r m s   b est  in   ter m s   o f   class if icatio n   ac cu r ac y .   Sev en   class if ier s DT ,   R F,  L R ,   HGB,  SVM,   GB ,   an d   XGB ar f ed   f ea tu r v ec to r s   th at  ar tak en   f r o m   th p en u ltima te  lay er   o f   th is   b est - p er f o r m in g   C NN  m o d el.   E ac h   class if ier   is   tr ain ed   an d   o p tim ized   to   ass ess   its   ab ilit y   to   g en er alize   an d   en h an ce   d etec tio n   ac cu r ac y .   I n   th th ir d   s tag e,   th class if icatio n   r esu lts   o f   th s ev en   class if ier s   ar co m p ar ed ,   an d   th f o u r   class if ier s   with   th h ig h est  p er f o r m an ce   ar s elec ted .   m ajo r ity   h ar d   v o tin g   m ec h an is m   is   th en   ap p lied   to   th o u tp u ts   o f   th ese  f o u r   class if ier s ,   tr ea tin g   th em   as  d ec is io n - m ak in g   co m m ittee.   T h is   en s em b le  s tr ateg y   is   d esig n ed   to   co r r ec in d iv id u al  class if ier   er r o r s   an d   im p r o v th f in al  class if icatio n   o u tco m e.   T h in teg r atio n   o f   th is   v o tin g   m ec h an is m   d em o n s tr ates  s ig n if ican en h an ce m en in   th r o b u s tn ess   an d   ac cu r ac y   o f   th o v er all  s y s tem .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B r ea s t c a n ce r   d etec tio n   u s in g   en s emb le  meth o d s   ( A la a   Mo h a med   Gh a z y )   5641   4 . 6 . 1 .   E x perim ent a re s ults o f   pro po s ed  m o del   wh ile  im p lem en tin g   th e   s u g g ested   class if icatio n   s y s tem   3 0 o f   th e   d ata  was  u s ed   f o r   t esti n g   an d   7 0 f o r   tr ain in g .   T h e x p er i m en tal  r esu lts   ar d is cu s s ed   in   d etail  f o r   ea ch   o f   th th r e m ain   s tag es  th at  co m p r is th f r am ewo r k .   E a ch   s tag co n tr ib u tes  to   r ef in in g   th class if icatio n   p r o ce s s   an d   co llectiv ely   d em o n s tr ates th ef f ec tiv e n ess   o f   th s u g g ested   h y b r id   e n s em b le  ap p r o ac h   in   B C   d etec tio n .   a.   T h ex p er im en tal  r esu lt o f   th f ir s t stag e   R esu lts   f r o m   th f ir s s tep   o f   th ex p er im en ar p r esen ted   in   T ab le  4 ,   wh er th f iv p r e - tr ain ed   C NN  m o d els'   class if icatio n   p er f o r m an ce   is   h ig h lig h ted .   T h ese  m o d els VGG1 9 ,   Den s eNe t2 0 1 ,   R esNet5 0 ,   Mo b ileNetV2 ,   an d   I n ce p tio n V3 wer ev alu ated   in d iv id u ally .   I n   ad d itio n   to   th in d iv id u al  p er f o r m an ce s ,   T ab le  4   also   r ep o r ts   th o v er all  class if icatio n   ac cu r ac y   ac h iev ed   wh en   th m ajo r ity   h ar d   v o tin g   m ec h an is m   is   ap p lied   to   th co m b in ed   o u tp u ts   o f   th ese  m o d els.  T h s tr en g th s   o f   ea ch   C NN  ar u s ed   in   th is   en s em b le  tech n iq u to   g et  p r ed ictio n   r esu lt th at  is   m o r r eliab le  an d   ac cu r ate.   T h R esNet5 0   m o d el  p r o d u ce d   th e   b est  class if icatio n   r esu lt s   am o n g   th e   f iv e   p r e - t r ain ed   C NNs,  a s   in d icate d   in   T ab le  4 .   I r ec o r d ed   an   ac cu r ac y   an d   p r ec is io n   o f   9 9 . 5 8 %,  alo n g   with   an   F1 - s co r an d   r ec all  o f   9 9 . 5 8 %,   an d   R OC - AUC  v al u o f   9 9 . 9 8 %.  Fu r th er m o r e,   wh en   th m ajo r ity   h ar d   v o ti n g   m ec h an is m   was   ap p lied   to   th e   o u tp u ts   o f   all   f iv C NN  m o d els,  th s y s tem ' s   o v er all  class if ica tio n   ac cu r ac y   im p r o v e d   to   9 9 . 8 5 %,   s h o win g   h o e n s em b le  lear n in g   ca n   im p r o v d iag n o s tic  r eliab ilit y .   Fig u r es  6   to 1 0   illu s tr ate   t h f i v e   d ee p   lear n in g   m o d els'   ac cu r ac y   an d   l o s s   d u r in g   t h tr ain in g   an d   test in g   s tep s   o v er   twen t y   ep o ch s .       T ab le  4 .   T h f iv p r e - tr ain e d   m o d els'   p er f o r m an ce   m etr ics an d   th m aj o r ity   h a r d   v o te' s   cla s s if icatio n   ac cu r ac y   o n   th m o d els'   o u tp u t   Tr a i n e d   m o d e l s   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 -   S c o r e   ( %)   R o c - A U C   ( %)   Ti me     ( S e c )   V G G   1 9   9 9 . 5 7   9 9 . 1 7   1 0 0   9 9 . 5 8   9 9 . 9 9   1 3 5 0 . 2 9   D e n s e N e t   9 7 . 5 0   9 8 . 3 0   9 6 . 6 6   9 7 . 4 7   9 9 . 7 1   4 8 4 . 7 2   R e sN e t 5 0   9 9 . 5 8   9 9 . 5 8   9 9 . 5 8   9 9 . 5 8   9 9 . 9 8   4 3 8 . 1 8   M o b i l e N e t   9 5 . 6 2   9 4 . 3 3   9 7 . 0 8   9 5 . 6 8   9 9 . 1 2   3 3 3 . 6 5   I n c e p t i o n N e t   9 3 . 3 3   9 3 . 3 3   9 3 . 3 3   9 3 . 3 3   9 7 . 7 5   4 4 4 . 3 4   M a j o r i t y   h a r d   v o t i n g   b a se d   o n   t h e   p r e v i o u s l y   t r a i n e d   m o d e l s     I n c r e a se  t h e   s y st e m's   c l a ssi f i c a t i o n   a c c u r a c y   t o   9 9 . 8 5 %.             Fig u r 6 .   Acc u r a cy   an d   lo s s   d u r in g   tr ai n in g   a n d   test in g   u s in g   VGG  1 9   p r etr ain ed   C NN           Fig u r e   7 .   Acc u r ac y   a n d   lo s s   d u r in g   tr ai n in g   a n d   test in g   u s in g   Den s e Net  p r etr ain ed   C NN   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 6 3 3 - 5 6 4 6   5642       Fig u r 8 .   Acc u r ac y   a n d   lo s s   d u r in g   tr ai n in g   a n d   test in g   u s in g   R esNet5 0   p r etr ain ed   C NN           Fig u r 9 .   Acc u r ac y   a n d   lo s s   d u r in g   tr ai n in g   a n d   test in g   u s in g   Mo b ileNet  p r etr ain e d   C NN           Fig u r e   1 0 .   Acc u r ac y   an d   l o s s   d u r in g   tr ain in g   an d   test in g   u s in g   I n ce p tio n Net  p r etr ain ed   C NN       Fig u r es  6   to   10  s h o co m p ar is o n   b etwe en   ( T r ain in g   -   T esti n g )   ac cu r ac y   an d   l o s s   f o r   th e   f iv d ee p   lear n in g   m o d els   o v er   twen ty   ep o ch s .   Fig u r e 11   to   1 5   o u tlin th co n f u s io n   m atr ic es  ac q u ir ed   d u r in g   ex p er im en ts ,   wh er C lass es  " 0 an d   "1 d en o te  "b e n ig n an d   "m alig n a n t,"   r esp ec tiv ely Fig u r es   11   to   15   s h o co m p ar is o n   b etwe en   th e   C o n f u s io n   m atr ices  th r o u g h   d if f er en f iv d ee p   lear n in g   m o d els  in   class if y in g   0   an d   1   wh ich   r ef er   to   B en ig n   an d   Ma lig n an t t u m o r   in   test in g   d ataset,   r esp ec tiv ely .   b.   T h ex p er im en tal  r esu lt o f   th s ec o n d   s tag   T h r esu lts   o f   th s ec o n d   s tag e' s   ex p er im en ar s h o wn   in   T ab le  5 .   wh er p r elim in ar y   an aly s is   was  co n d u cted   to   co m p ar th class if icatio n   p er f o r m an ce   o f   th f iv p r o p o s ed   p r e - tr ain ed   m o d els wh ich   led   to   th e   R esNet  5 0   ac h iev in g   th h ig h est  class if icatio n   r esu lt.  T h en ,   in   th s ec o n d   s tag o f   th s u g g ested   s ch em e,   s ev en   class if ier s   ( DT ,   HGB,  SVM,   R F,   L R ,   GB ,   an d   XGB)  ar ap p lied   to   th f ea tu r v ec to r   ex tr ac ted   f r o m   R es N et  5 0   p r e - tr ain ed   m o d el,   an d   th class if icatio n   p er f o r m an ce   o f   th ese  m ac h in lear n in g   class if ier s   is   illu s tr ated   in   T ab le   5.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.