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 .   2 A p r il   2 0 2 6 ,   p p .   1 4 5 1 ~ 1 4 6 3   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 2 . p p 1 4 5 1 - 1 4 6 3          1451     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Exponentia l long   sho rt - ter m memo ry  wit h L ev y  f lig h o ptimiza tion for  l ung  nodu le clas sif ica tion       K a lib a   G o wt ha m i,   K a m a la ka nn a n J a y a s ee la n   S c h o o l   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   E n g i n e e r i n g   a n d   I n f o r ma t i o n   S y st e m,  V e l l o r e   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   V e l l o r e ,   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 l   18 2 0 2 5   R ev is ed   J an   9 2 0 2 6   Acc ep ted   J an   25 2 0 2 6       Lu n g   c a n c e r,   wh ich   c o m m o n ly   a p p e a rs  a lu n g   n o d u les   is  a   d e a d ly   t y p e   o c a n c e th a d e v e lo p i n   a   l u n g .   E a rly   d e tec ti o n   o f   l u n g   c a n c e is  c rit ica a n d   c h a ll e n g i n g   tas k   d u e   to   p re se n c e   o o v e rlap p in g   stru c t u re s,  wh ic h   m a k e   it   c h a ll e n g i n g   t o   d iffere n ti a te  th e   b e n ig n   a n d   m a li g n a n re g io n s.  T h i re se a rc h   p ro p o se lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   (LS T M wit h   e x p o n e n ti a l   li n e a u n i t   (EL U)  m e th o d   fo r   th e   c las sifica ti o n   o d iffere n c las se o l u n g   n o d u les .   T h e   h y p e r p a ra m e ters   o th e   LS TM   n e two rk   a re   o p ti m ize d   u sin g   th e   d e v e lo p e d   d y n a m ic  Lev y   fli g h   Arc h ime d e o p ti m iza ti o n   a lg o r it h m   (D LF - AO A),  wh ich   e ffe c ti v e ly   id e n ti fies   th e   o p ti m a p a ra m e ters   fo c las sific a ti o n .   T h e   Re sN e t - 1 8   m e th o d   is  u se d   fo r   th e   e x trac ti o n   o h ig h - lev e f e a tu re to   d iffere n ti a te  v a rio u c las se o l u n g   n o d u les .   F u rth e rm o re ,   Ba y e sia n   a c ti v e   c o n to u (BAC)   is  e m p l o y e d   f o th e   se g m e n tatio n   o f   ima g e a c o n tai n in g   c a n c e ro u a n d   n o n - c a n c e ro u re g io n o l u n g   n o d u les .   T h e   LS TM   with   EL U   m e th o d   a c h iev e 9 8 . 5 6 %   a c c u ra c y ,   9 7 . 5 4 %   se n siti v it y ,   9 8 . 2 2 %   sp e c ifi c it y ,   96 . 9 3 %   p re c isio n ,   9 6 . 3 3 %   F 1 - sc o re ,   a n d   1 . 4 4   e rr o ra te  in   IQ - OTH/NCCD   lu n g   c a n c e d a tas e t.   K ey w o r d s :   A r c h i m e d e s   o p t i m i z a t i o n   a l g o r i t h m   B ay esian   ac tiv co n to u r   Dy n am ic  L ev y   f lig h t   E x p o n e n tial lin ea r   u n it   L o n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   L u n g   n o d u le   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 :   Kalib Go wth am i   Sch o o l o f   C o m p u ter   Scien ce   E n g in ee r in g   an d   I n f o r m atio n   Sy s tem ,   Vello r I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   Vello r e,   I n d ia   E m ail:  g o wth am i.k 2 0 2 2 @ v its tu d en t.a c. in       1.   I NT RO D UCT I O N   L u n g   ca n ce r   is   d ea d lies ty p o f   ca n ce r   wo r ld wid e .   Ho wev er ,   ea r ly   d etec tio n   o f   lu n g   ca n ce r   ca n   s ig n if ican tly   im p r o v s u r v iv a r ate  [ 1 ] .   T h m alig n an ( ca n ce r o u s )   an d   b en ig n   ( n o n - ca n ce r o u s )   p u lm o n ar y   n o d u les ar s m all  g r o wth   o f   ce lls   in   th lu n g s   [ 2 ] .   T h d etec tio n   o f   m alig n a n t lu n g   n o d u le s   in   th in itial p h ase  is   ess en tial  f o r   ef f ec tiv p r o g n o s is   [ 3 ] .   I n   t h in itial  p h ase,   ca n ce r o u s   lu n g   n o d u les  ca n   ap p ea r   s im ilar   to     non - ca n ce r o u s   n o d u les,  b u r eq u ir d if f e r en tial  d iag n o s is   b ased   o n   s u b tle  m o r p h o lo g ical   ch an g es,  p o s itio n s   an d   clin ical  b i o m ar k e r s   [ 4 ] [ 6 ] .   On o f   th m o s ch alle n g in g   asp ec ts   is   to   ca lcu late  th p r o b ab ilit y   o f   m alig n an cy   in   ea r ly - s tag ca n ce r o u s   lu n g   n o d u les  [ 7 ] .   Var io u s   d iag n o s tics   m eth o d s ,   in clu d in g   co m p u ted   to m o g r a p h y   ( C T )   s ca n   a n aly s is   an d   p o s itro n   em is s io n   to m o g r ap h y   ( PET )   h a v b e en   u tili ze d   b y   p h y s ician s   f o r   th e   in itial  d iag n o s is   o f   m alig n an lu n g   n o d u les  [ 8 ] .   Ad d itio n ally ,   m a n y   in v asiv tech n iq u es  s u ch   as   s u r g er ies  o r   b io p s ies  ar u tili ze d   b y   h ea lth ca r p r ac titi o n er s   f o r   d if f er e n tiatin g   b etwe en   m a lig n an an d   b en ig n   lu n g   n o d u les  [ 9 ] .   Giv en   th e   s en s itiv ity   o f   f r ag ile  o r g an s   lik th lu n g s ,   th ese  in v asiv e   tech n iq u es  ca r r y   h ig h   r is k s   an d   in cr ea s p atien an x iety .   T h m o s s u itab le  tech n iq u f o r   in v esti g atin g   lu n g   d is ea s es  is   th r o u g h   C T   im ag es  [ 1 0 ] .   R esear ch er s   h av d ev elo p ed   m an y   s eg m en tatio n   tech n iq u e s   to   ass is r ad io lo g is ts   in   d etec tin g   lu n g   ca n ce r o u s   tu m o r s   [ 1 1 ] .   T h l u n g   ca n ce r   s eg m en tatio n   tec h n iq u es  ar s ep ar ated   in to   t wo   m ain   ca teg o r ies:   class ical  alg o r ith m s   an d   d ee p   lear n i n g   ( DL )   alg o r ith m s   [ 1 2 ] .   C lass ical  alg o r ith m s   p r im ar ily   f o cu s   o 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 .   2 Ap r il   20 26 1 4 5 1 - 1 4 6 3   1452   in ten s ity - b ased   tech n iq u es  s u ch   as  r eg io n   g r o wth ,   ad ap tiv th r esh o l d ,   m o r p h o lo g ical  tech n iq u e ,     ac tiv e - co n to u r   m eth o d   an d   s h ap an aly s is   [ 1 3 ] .   Ho wev er ,   t h ese  tech n iq u es  ar n o ef f ec ti v in   d if f e r en tiatin g   th tu m o r   s izes  an d   ar n o s u itab le  f o r   th e   s eg m en tatio n   o f   lu n g   tu m o r s   [ 1 4 ] .   A d d itio n all y ,   wh en   tu m o r s   a r e   in teg r ated   with   v a r io u s   o r g an s ,   th p er f o r m an ce   o f   tu m o r   s eg m en tatio n   tech n iq u es  is   af f ec ted ,   r esu ltin g   in   a   lo wer   lev el  o f   au to m atio n   [ 1 5 ] .   He n ce ,   class ical  m eth o d s   h av b ee n   r e p lace d   with   DL   alg o r ith m s   f o r   co u n ter in g   n u m er o u s   is s u es  in   im ag e   r ec o g n itio n   [ 1 6 ] .   T h DL   alg o r ith m s   ef f ec tiv el y   ex tr ac s ig n if ican t   f ea tu r es,  with o u t th n ee d   f o r   h u m an   i n ter v en tio n   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   T o f ig h et   a l.   [ 1 9 ]   in tr o d u ce d   Mo b ileNetV2 - s tack ed   g ated   r ec u r r e n u n it  ( SGR U) ,   n o v el  tr an s f er   lear n in g - e n ab led   p r ed icto r   to   lu n g   ca n ce r   class if icatio n .   T h in tr o d u ce d   m eth o d   was  em p lo y ed   f o r   th e   au to m atic  ex tr ac tio n   o f   f ea tu r es  f r o m   lu n g   C T   im ag es.  Ho wev er ,   in tr o d u ce d   m eth o d   d i d   n o r em o v n o is e   f r o m   th im ag es  wh ich   m in i m ized   its   clas s if icatio n   p er f o r m an ce .   Ma   et  a l [ 2 0 ]   s u g g ested   co n v o lu tio n al   n eu r al  n etwo r k   ( C NN)   f r am ewo r k   an d   Go o g L eNe with   a d ap tiv lay er s   ( Go o g L eNe t - AL )   to   lu n g   ca n ce r   d etec tio n .   T h s u g g ested   m eth o d   en h an ce d   t h o v e r all  ca p ab ilit y   o f   th m o d el  to   ca p tu r th r elev an f ea tu r es   with   in tr icate   p atter n s .   Ho we v er ,   th e   s u g g ested   m eth o d   f ailed   to   a d d r ess   th e   is s u o f   v a n is h in g   g r ad ien ts   in   th tr ain in g   p h ase,   th er e b y   m in im izin g   class if icatio n   p e r f o r m an ce .   Ku m ar an   et  a l.   [ 2 1 ]   i n teg r ated   DL - b ase d   alg o r ith m   with   p r e - tr ain ed   m eth o d s   lik e   R esNet - 5 0 ,   I n ce p tio n V3 ,   a n d   VGG - 1 6   f o r   en h an ce d   lu n g   ca n ce r   d iag n o s tic  ac cu r ac y .   T h is   m o d el  m ax im ized   th ca p a b ilit y   to   d is ce r n   s u b tle  p atter n s   in   d i f f er en t lu n g   f ea tu r es,  b u t th m o d el  p ar am ete r s   wer n o t su f f icien tly   o p tim ized   f o r   class if icatio n .   Sab za lian   et  a l .   [ 2 2 ]   im p lem e n ted   b id ir ec tio n al  r ec u r r e n n eu r a n etwo r k   ( R NN)   f o r   ac cu r ate  d iag n o s is   o f   lu n g   ca n ce r s .   An   en h an ce d   f o r m   o f   th E b o la   o p tim izatio n   s ea r ch   alg o r ith m   was  em p lo y e d   in   s etu p   to   m in im ize   ex ec u ti o n   c o s ts   b y   elim in atin g   th r eq u ir em e n f o r   ex h a u s tiv s ea r ch   tech n iq u es.  Ho wev er ,   th im p lem en ted   m eth o d   f ai led   to   s eg m en th r eg io n s   o f   lu n g   n o d u les  ef f ec tiv ely ,   m in im izin g   its   ca p ab il ity   to   d if f er e n tiate  ca n ce r o u s   an d   n o n - ca n ce r o u s   r eg io n s .   R az et   a l.   [ 2 3 ]   p r esen ted   n o v el   tr an s f er   lear n in g - b ased   p r ed icto r   k n o wn   as  L u n g - E f f Net  t o   class if y   lu n g   ca n ce r s .   T h p r esen ted   m eth o d   d ev elo p e d   o n   th s tr u ctu r o f   E f f icie n tNet  with   f u r th er   m o d if icatio n s   th at  in clu d ed   th to p   lay er s   f o r   class if icatio n .   Ho wev er ,   th p r esen ted   m et h o d   d i d   n o t   ex tr ac t   h ig h - lev el  f ea tu r es n ec ess ar y   t o   id en tify   t h ca n ce r o u s   an d   n o n - ca n ce r o u s   r e g io n s .     On   an aly s is   o f   th e   ex is tin g   alg o r ith m s ,   t h f o llo win g   lim itatio n s   h av e   b ee n   n o ted f ailu r e   to   r em o v e   n o is f r o m   im a g es,  th in ab il ity   to   ad d r ess   th v a n is h in g   g r ad ien is s u d u r i n g   th t r ain in g   p h ase,   lack   o f   p r o p er   o p tim izatio n   o f   m o d el  p ar am eter s ,   in ef f ec tiv s eg m en tatio n   o f   lu n g   n o d u le s ,   an d   in s u f f icien ex tr ac tio n   o f   h ig h - lev el  f ea t u r es.  T o   m itig ate  th ese  lim itat io n s ,   th is   ar ticle  u tili ze s   th W ien er   f ilter   an d   co n tr ast  lim ited   ad ap tiv h is to g r am   eq u aliza tio n   ( C L AHE )   a s   p r e - p r o ce s s in g   tech n iq u es  to   r em o v n o is an d   en h an ce   im ag c o n tr ast.  T h e n ,   s eg m en tatio n   p r o ce s s   is   p er f o r m e d   u s in g   B ay esian   ac tiv co n to u r   ( B AC )   tech n iq u es,  wh ich   ef f ec tiv el y   s eg m en ca n ce r o u s   f r o m   n o n - ca n ce r o u s   r eg io n s .   T h e n ,   th C NN - b ased     p r e - tr ain ed   m o d el  is   em p lo y e d   f o r   th ex tr ac tio n   o f   b o th   l o w - lev el  an d   h ig h - lev el  attr i b u tes  to   ac cu r ately   id en tify   a n d   d if f er e n tiate  v ar i o u s   r eg i o n s   with in   th im a g e.   Fin ally ,   class if icatio n   is   ca r r ied   o u t   u s in g   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   with   th ex p o n e n tial  lin ea r   u n it  ( E L U)   m eth o d ,   wh ic h   ef f ec t iv ely   class if ies  lu n g   n o d u le  ty p es.  I n   ad d itio n ,   th e   h y p er p a r am eter s   o f   th L STM   ar o p tim ized   u s in g   th d y n am ic  L ev y   f lig h t   ( DL F)  with   Ar ch im e d es  o p tim izatio n   alg o r ith m   ( AOA) ,   wh ich   id en tifie s   t h o p tim al  p ar am eter s   f o r   th e   class if icatio n   p r o ce s s .   T h ese  DL - b ased   alg o r ith m s   en h an ce   th ac cu r ac y   o f   d is ea s d etec tio n   in   m e d ical  f ield .     I n   th is   ar ticle,   th DL m eth o d   in tr o d u ce s   r an d o m   lar g ju m p s   b ased   o n   L ev y   d is tr ib u t io n ,   wh ich   en h an ce s   th alg o r ith m ' s   ab ili ty   to   escap s u b o p tim al  s o lu ti o n s   d u r in g   h y p er p ar am eter   tu n in g .   Un lik o th e r   o p tim izatio n   al g o r ith m s ,   s u ch   as  w h ale  o p tim izatio n   alg o r it h m   ( W OA ) g en etic  alg o r ith m   ( GA ) ,   o r   p ar ticle   s war m   o p tim izatio n   ( PSO ) ,   wh ich   r el y   o n   f ix ed   s tep   s izes,  th DL alg o r ith m   d y n am ically   a d ju s ts   h y p er p ar am eter s   b y   b alan cin g   g lo b al  ex p lo r atio n   an d   f in e - tu n ed   lo ca s ea r ch .   T h AO en s u r es  ef f ec tiv ex p lo itatio n ,   wh ile  DL ac ce l er ates  co n v e r g en ce   b y   im p r o v in g   s ea r ch   d iv e r s ity .   Un lik e   e x is tin g   lu n g   n o d u le   class if icatio n   m o d els  wh ich   ad d r ess   s eg m en tatio n ,   f ea tu r ex tr ac tio n   o r   class if icatio n ,   th is   wo r k   in tr o d u ce d   m o d el  wh ic h   in te g r ates  B AC - b ased   s eg m en tatio n ,   d ee p   r esid u al  f ea tu r e   ex tr ac tio n   an d   s eq u en ce - awa r e   L STM   class if ica tio n   o p tim ized   b y   DL F - AOA .   T h p r o p o s ed   DL F - AOA  en s u r es  ad ap tiv ex p lo r atio n   an d   ex p lo itatio n   in   h y p er p a r am e ter   tu n in g .   Mo r e o v er ,   c o m b in atio n   o f   E L in   L STM   m o d el  ef f icien tly   o v er co m es  v a n is h in g   g r a d ien t   p r o b lem s   lead s   to   s tab le  tr ain in g   an d   e n h an ce d   d is cr im in a tio n   am o n g   b en ig n ,   m alig n an t a n d   n o r m al  n o d u les .   T h cr u cial  co n tr ib u tio n s   o f   t h is   ar ticle  ar o u tlin ed   as f o llo ws :   i)   T h B AC   m eth o d   is   u s ed   f o r   s eg m en tatio n   to   d is tin g u is h   th ca n ce r o u s   f r o m   n o n - ca n ce r o u s   r eg io n s   i n   lu n g   n o d u les.   ii)   T h L STM   n etwo r k   with   E L ac tiv atio n   f u n ctio n   is   em p l o y ed   f o r   class if y in g   d if f e r en t   ty p es  o f   lu n g   n o d u les,  m itig atin g   th v a n is h in g   g r a d ien t iss u an d   en h an ci n g   class if icatio n   p er f o r m an ce .   iii)   T h o p tim al  p a r am eter s   o f   t h L STM   n etwo r k   f o r   lu n g   n o d u le  class if icatio n   ar e   id e n tifie d   u s in g   th e   DL F AOA,   wh ich   h elp s   im p r o v class if icatio n   ac cu r ac y .   T h is   r esear ch   p ap e r   is   f u r t h er   o r g an ized   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   d etails  p r o p o s ed   tech n iq u e Sectio n   3   p r o v id es th e   r esu lts   an d   d is c u s s io n   o f   th p r o p o s ed   tech n i q u e . F in ally ,   s ec tio n   4   c o n clu d e s   th r esear ch .   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       E xp o n en tia l l o n g   s h o r t - term me mo r w ith   Levy   flig h t o p timiz a tio n   fo r   lu n g   n o d u le     ( K a lib a   Go w th a mi )   1453   2.   M E T H O D   An   ef f icien DL - b ased   m o d el  is   d ev elo p ed   f o r   class if icatio n   o f   v ar io u s   class es  o f   lu n g   n o d u les.  T h e   IQ - OT H/NC C lu n g   ca n ce r   d ataset  with   im ag es  p r e - p r o ce s s ed   u s in g   wien er   f ilter   f o r   n o is r em o v al  a n d   C L AHE   u s ed   f o r   en h an cin g   i m ag q u ality   is   u s ed   in   th is   r esear ch .   Fu r th er m o r e,   B AC - b ased   s eg m en tatio n   is   p er f o r m ed   to   s eg m en t h im ag es  in to   p ix els  f o r   t h id en ti f icatio n   o f   ca n ce r o u s   an d   n o n - ca n ce r o u s   r eg io n s .   R esNet - 1 8   b ased   f ea tu r ex tr ac tio n   m o d el  is   u s ed   to   ca p tu r lo w - lev el  an d   h ig h - lev el  f ea tu r es  f o r   d if f er en tiatin g   class es.  Fin all y ,   th L STM   with   E L m et h o d   is   d ev elo p ed   to   ac c u r ate ly   class if y   d if f er en class es  o f   lu n g   n o d u les,  b esid es  th o p tim al  p ar am eter s   id e n tifie d   u s in g   DL with   AOA.   Fig u r 1   illu s tr ates   th p r o ce s s   o f   lu n g   n o d u les cla s s if icatio n .           Fig u r 1 .   Pro ce s s   o f   lu n g   n o d u le  class if icatio n       2 . 1 .     Da t a s et   IQ - OT H/NC C lu n g   ca n ce r   d ataset  [ 2 4 ]   u tili ze d   i n   th is   s tu d y   class if ies  im ag d ata   in to   th r ee   ca teg o r ies:   b en ig n ,   m alig n an t ,   an d   n o r m al.   T h im a g es  ex h ib it  v ar io u s   d if f er en ce s   in   b o th   d im e n s io n s   an d   lab els,  wh ich   r ef lect   lay er ed   c o m p lex ity .   T h s tan d ar d   im ag s ize  in   d ataset  is   5 1 2 ×5 1 2   p ix els.  T h d ataset  in clu d es  1 2 0   b e n ig n   s am p les,   ea ch   with   s ize  o f   5 1 2 ×5 1 2   p ix els.  Fo r   th m alig n an c lass ,   th er ar 5 6 1   s am p les:   5 0 1   ar 5 1 2 × 5 1 2   p ix els,  3 1   ar 5 1 2 × 6 2 3   p i x els,  2 8   ar 5 1 2 ×8 0 1   p ix els,  an d   o n is   4 0 4 ×5 1 1   p ix els.  T h n o r m al  class   co n tain s   4 1 6   s am p les,  with   4 1 5   b ein g   5 1 2 ×5 1 2   p ix els  an d   o n b ein g   3 3 1 ×5 0 6   p ix els.  T h e   d is tr ib u tio n   o f   d ataset  is   s h o wn   in   T ab le  1   an d   Fig u r 2   illu s tr ates sam p le  im ag es f r o m   t h d ataset.       T ab le  1 .   Data s et  d is tr ib u tio n   Ty p e   o f   c l a s ses   N u mb e r   o f   sam p l e s   B e n i g n   1 2 0   M a l i g n a n t   5 6 1   N o r mal   4 1 6           Fig u r 2 .   Sam p le  im a g es in   th d ataset       2 . 2 .     P re - pro ce s s ing   T h d ataset  in clu d es  1 , 0 0 0   C T   im ag es  in   . jp g   f o r m at,   class if ied   in to   4   ca teg o r ies:   lar g ce l l   ca r cin o m a,   s q u am o u s   ce ll  ca r cin o m a,   n o r m al,   an d   ad en o ca r cin o m a.   T h im ag es   in   d ataset  ar e     p r e - p r o ce s s ed   b y   W ien er   f ilter   an d   c o n tr ast  en h an ce m en t   tec h n iq u es,  wh ic h   r em o v n o is an d   en h an ce   im a g co n tr ast.  d etailed   ex p lan atio n   o f   th ese  p r e - p r o ce s s in g   m eth o d s   is   p r o v id e d   as:   i)   W ien er   f ilter th e   W ien er   f il ter   co m p u tes  an   o p tim u m   t r ad eo f f   b etwe en   in v er s e   f ilter in g   an d   n o is s m o o th in g .   T h is   f ilter   elim in ates  ad d itio n al  n o is e,   in v er ts   b lu r r in g ,   an d   r e d u ce s   o v e r all  m ea n   s q u ar e   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 .   2 Ap r il   20 26 1 4 5 1 - 1 4 6 3   1454   er r o r   ( MSE )   d u r in g   in v er s f i lter in g   an d   n o is s m o o th in g .   T h m ath em atica f o r m u la  f o r   th f ilter in g   p r o ce s s   is   g iv en   in   ( 1 ) .     ( , ) = × ( 1 , 2 )  ( 1 , 2 ) ( 1 , 2 ) 2  ( 1 , 2 ) +  ( 1 , 2 )   ( 1 )     ii)   C o n tr ast  en h an ce m en t:  th is   p h ase  en h an ce s   p e r ce p tio n   f o r   f u r t h er   p r o ce s s in g   b y   s h a r p en in g   im ag e   b o r d er s   an d   m ax im izin g   ac c u r ac y   with   a n   em p h asis   o n   b r i g h tn ess   v ar ian ce   b etwe en   t h f o r eg r o u n d   an d   b ac k g r o u n d .   B esid es,  C L AH E   is   u tili ze d   to   lim it  co n tr ast  am p lific atio n   f o r   n o is r em o v al.   I n   m ed ical   im ag es,  it  en h an ce s   th lo c al  d etails  wh ile  m ain tain in g   s m o o th n ess   in   ar ea s   w ith o u s ig n if ican t   m o d if icatio n s .   T h p r e - p r o ce s s ed   im ag es  ar f e d   in to   th s e g m en tatio n   p r o ce s s   to   s ep ar at th d is ea s ed   an d   n o n - d is ea s ed   r eg i o n s   o f   t h lu n g   n o d u les.  Fig u r 3   illu s tr ates th p r e - p r o ce s s ed   im ag es.           Fig u r 3 .   Pre - p r o ce s s ed   im ag e s       2 . 3 .     Seg m ent a t i o n   T h B AC   m eth o d   is   u s ed   in   th is   p h ase,   wh ich   in co r p o r ates a   B ay esian   f r am ewo r k   th at  in clu d es p r io r   k n o wled g e,   m a k in g   it  r o b u s f o r   o v er lap p in g   lu n g   s tr u ctu r e s   an d   v ar y in g   tu m o r   s h ap es.  T h is   is   p ar ticu lar ly   b en ef icial  wh en   a n n o tated   d at is   lim ited ,   as  it  is   r esil ien t o   n o is e,   p r eser v es  ed g es,  a n d   p er f o r m s   well  with   s m all  d ataset s .   C o n s id er   C T   im ag f r am es,  wh er lu n g   c o n to u r   o f   n ^th   im ag is   r ep r esen ted   b y   th s tate  v ec to r    .   E ac h   f r am e   co r r esp o n d s   to   s p atially   s liced   im ag f r o m   to p   t o   b o tto m .   State  v ec to r      is   th en   ev o lv ed   u s in g   ( 2 ) .      = (  1 , )   ( 2 )     W h er e     r e p r esen ts   tr a n s itio n   f u n ctio n   c o r r esp o n d in g   to   th e   ch an g o f   lu n g   co n t o u r   f r o m   ( n 1 ) th   im ag e.   No is ter m     r ep r esen ts   ze r o - m ea n ,   in d ep e n d en wh ite - n o is e,   u n af f ec ted   b y   b o th   p r ev i o u s   an d   p r esen t   s tates.  I n   B ay esian   m eth o d ,   m ea s u r em en v ec to r   is   r elev an c to   s tate  v ec to r      th r o u g h   o b s e r v atio n   e q u atio n .   T h m ea s u r em en v ec to r   is   r e p r esen ted   as  .   T h o b s er v atio n   eq u atio n   is   g iv e n   in   ( 3 ) .     = (  , )   ( 3 )     W h er e     r e p r esen ts   m ea s u r e m en f u n ctio n   an d     r ep r ese n ts   n o is wh ich   is   ze r o - m ea n   s eq u e n ce ,   in d ep en d en wh ite   n o is e,   u n r elate d   to   b o th   p r e v io u s   an d   cu r r en t   s tates,  as  well  as  s y s tem   n o is e.   I n itial   p r o b a b ilit y   d en s ity   f u n ctio n   ( PDF)  is   r ep r esen ted   as  (  1 | 0 ) = (  1 ) .   T h av ailab le  d ata  in   n th   f r am is   s et  to   m ea s u r em en t v ec to r .   T h o b jectiv is   to   d ev elo p   PDF o f   s tate  v ec to r    ,   b ased   o n   all  av ailab le  d ata,   wh ich   is   ac q u ir ed   r ec u r s iv ely   in   two   p h ases   o f   u p d ate  an d   p r ed ictio n .   R eq u ir e d   PDF  an d   p r ev io u s   PDF  o f   th e   s tate  v ec to r      is   attain ed   u s in g   ( 4 )   an d   ( 5 ) .     (  | 1 ) = (  |  1 ) (  1 | 1 )  1   ( 4 )     Sin ce   th ( |  1 ) = ( ) .     (  |  1 ) = (  (  1 , ) ) ( )   ( 5 )     W h er δ ( . )   r ep r esen ts   a   d ir ac   d elt f u n ctio n .   I n   n th   f r am e,     r ep r esen ts   th m ea s u r em en t   v ec to r   p r esen ted   an d   u tili ze d   f o r   u p d atin g   th p r ev io u s   PDF  f o r   p o s ter io r   PDF  in   ac co r d an ce   with   th B ay es’  r u le,   as   m ath em atica lly   f o r m u lated   in   ( 6 ) .   T h m ath em atica f o r m u l f o r   d en o m in ato r   n o r m alizin g   is   g iv e n   as  in   ( 7 ) .   T h m ath em atica l f o r m u la  f o r   PDF co n d itio n   is   r ep r esen ted   t h r o u g h   m ea s u r e m en t f u n ctio n ,   as g iv en   in   ( 8 ) .   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       E xp o n en tia l l o n g   s h o r t - term me mo r w ith   Levy   flig h t o p timiz a tio n   fo r   lu n g   n o d u le     ( K a lib a   Go w th a mi )   1455   (  | ) = ( |  ) (  | 1 ) ( | 1 )   ( 6 )     ( | 1 ) = ( |  ) (  | )      ( 7 )     ( |  ) = ( (  , ) ) ( )   ( 8 )     W h er   r ep r esen ts   th m ea s u r em en v ec to r   u tili ze d   to   m o d if y   th p r ed icte d   p r ev i o u s   PDF  f o r   o b tain in g   th e   s u b s eq u en tly   r e q u ir ed   PDF  o f      s tate  v ec to r .   Nex t,  an   u p d ated   PDF  is   u tili ze d   f o r   a   p r ev io u s   PDF  in     + 1   th   f r am e.   T h r ec u r r en r el atio n s   o f   eq u atio n s   estab lis h   g en er al  s o lu tio n   f o r   B ay esian   r ec u r s iv e   ev alu atio n   is s u es.     2 . 4 .     F e a t ure  ex t r a ct io n   T h s eg m en ted   im ag es  ar in p u f o r   f ea tu r ex tr ac tio n ,   wh er m ea n in g f u a n d   d ee p   f ea t u r es  o f   th e   lu n g   n o d u les  ar e   ex tr ac ted   u s in g   th R esNet - 1 8   m et h o d .   R esNet - 1 8   lev er ag es  r esid u al   c o n n ec tio n s ,   w h ich   h elp   m itig ate  th e   v an is h in g   g r ad ien is s u an d   en h a n ce   d ee p   f ea tu r e   lear n in g .   R esNet  is   r esid u al  n etwo r k   with   an   1 8 - lay e r   C NN  p r e - tr ain ed   m o d el.   I n   th is   s tu d y ,   R esNet - 1 8   u tili ze s   3 ×3   f ilter s   with   s tr id an d   p ad d in g   o f   1 ,   an   av er ag p o o l in g   lay er   with   1 ×1   f ilter ,   1   f u lly   co n n ec ted   lay er ,   an d   a   f i n al  S o f t M ax   lay er .   T h R esNet - 1 8   in clu d es  f o u r   m ajo r   p h ases   wh er ev er y   p h ase  co n tain s   m u lti - r esid u al   b lo ck .   T h ese  b lo ck s   u tili ze   s k ip   co n n ec tio n s   wh ich   allo d ata  f o r   b y p ass in g   s o m lay er s ,   th er eb y   ass is tin g   th n etwo r k   in   lear n in g   d ee p   f ea t u r es  b y   m itig atin g   v an is h in g   g r ad ien ts ,   p r o v i n g   a d v an tag eo u s   in   id e n tify in g   th e   r elev an s tr u ctu r es.  Af ter   ev er y   r esid u al  b lo ck ,   th p o o lin g   la y er   m in im izes  th e   s p atial  d im en s io n s   o f   f ea tu r e s   an d   co n ce n tr ates   o n   th s ig n if ica n d ata,   m a k i n g   th n etwo r k   m o r r o b u s t   to   s p atial  d if f er en ce s   in   th e   in p u t.  Af ter   f in al  co n v o l u tio n al  b l o ck ,   g lo b al  av er ag p o o lin g   is   em p lo y e d   to   ef f icac io u s ly   o b tain   f ea tu r v ec to r s   wh ich   d escr ib es th en tire   im ag i n   a   co n d e n s ed   f o r m at.     2 . 5 .     Cla s s if ica t io n us ing   lo ng   s ho rt - t er m m e m o ry   wit ex po nentia l linea un it   R NNs  ar k in d   o f   d ee p   n e u r al   n etwo r k   ( DNN)   wh ich   estab l is h   co n n ec tio n s   b etwe en   n e u r o n s   with in   th s am lay er ,   m a k in g   th em   s u itab le  f o r   tim e - s er ies  task s .   L STM   is   a   v ar ian t   o f   R NN  th at  ad d r ess es  d ata  r ed u n d an cy   b y   i n co r p o r atin g   "g ate"   ar ch itectu r at  s tr ateg ic  p o s itio n s .   T h is   allo ws  th n etwo r k   t o   s elec tiv ely   r etain   o r   d is ca r d   d ata  as  it  f lo ws  th r o u g h   ea c h   n eu r o n .   L STM s   ar e f f ec tiv e   in   o v er c o m in g   is s u es  s u ch   as  v a n is h in g   g r ad ien ts   an d   ex p l o d in g   g r a d ien ts ,   wh ich   co m m o n ly   af f ec t   tr ad itio n al  R NNs  [ 2 5 ] Mo r eo v er ,   th ey   ex ce in   h a n d l in g   lo n g - te r m   d ep e n d en cies  in   th d ata.   T h   an d     is   weig h an d   b ias  o f   in p u g ate,   th   an d     is   weig h an d   b ias  o f   o u tp u g ate,     an d     is   weig h an d   b ias  o f   ce ll  s tates ,       an d     is   weig h a n d   b ias  o f   f o r g et  g ate.   T h e   1   is   o u tp u o f   p r ev io u s   tim e   s tep ,   wh ile    is   in p u o f   cu r r en t   tim s tep .   T h e   d ev el o p ed   n ew  v ec t o r   is   d en o ted   as   [ 1 , ] .   T h e   p r o ce s s   o f   m atr ix   m u ltip licatio n   o f   [ 1 , ]   v ec to r   with     an d     th r o u g h   th e   tan h   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   u s ed   to   o b tai n   th e   in p u t,  as   d esc r ib ed   in   ( 9 ) .   T h e   weig h ts   an d   p ar a m eter   ter m s   o f   ea ch   g ate  ar p r o ce s s ed   th r o u g h   th s ig m o i d   f u n ctio n   to   p r o d u c e   th f o r g et,   in p u t,  an d   o u tp u t g ates.  T h m ath em atica l f o r m u l as f o r   th ese  g ates a r p r o v id e d   in   ( 1 0 )   to   ( 1 2 ) .     =  ( [ 1 , ] + )   ( 9 )     = ( [ 1 , ] + )   ( 1 0 )     = ( [ 1 , ] + )   ( 1 1 )     =  ( [ 1 , ] + )   ( 1 2 )     B y   m u ltip ly in g     with   th p r ev io u s   ce ll  s tate  1 ,   th d ata  to   b f o r g o tten   an d   r em em b er e d   is   d eter m in ed ,   th er eb y   c o n tr o lli n g   1 .   B y   m u ltip ly i n g     with   th cu r r e n in p u ce ll  s tate  ,   th d ata    r eq u ir ed   to   b s to r e d   an d   u s ed   is   d eter m in e d .   Fin ally ,   th s ta te  v alu o f   t h h i d d en   lay er   at  tim   is   o b tain e d   b y   ad d in g   two   p r o d u cts,  as  s h o wn   in   ( 1 3 ) .   Fin ally ,   r esu lt  at  tim   is   d eter m in ed   b y   u n it   s tate,   o u tp u g ate,   an d   tan h   ac tiv atio n   f u n ctio n ,   a s   d escr ib ed   in   ( 1 4 ) .     = × 1 + ×     ( 1 3 )     = ×  ( )   ( 1 4 )     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 .   2 Ap r il   20 26 1 4 5 1 - 1 4 6 3   1456   2 . 5 . 1 .   E x po nentia lin ea un i t   T h E L in teg r ates  two   ac tiv atio n   f u n ctio n s ,   r ec tifie d   lin ea r   u n it  ( R eL U)   an d   s ig m o id .   T h e   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   u s ed   to   weig h   th in teg r atio n   o f   s o u r c es  o r   r esu lts   ap p lied   in   th s u b s eq u en p h ase.   T h e   o u tp u t   o f   th is   f u n ctio n   f lu ctu ates  b etwe en   0   an d   1   wh en   t h p er ce p tr o n   is   a   m ath em ati ca f u n ctio n .   E L d if f er s   f r o m   R eL b y   allo win g   n eg ativ e   v alu es.   I o f f er s   lo wer   e x ec u tio n   co s co m p ar ed   to   b atch   n o r m aliza tio n   a n d   r esu lts   in   h ig h er   av e r ag u n it  ac tiv atio n ,   wh ich   is   clo s er   to   0 .   T h e   h y p er p ar am eter     co n tr o ls   th e   s atu r atio n   v alu e   o f   th E L f o r   n eg ativ i n p u ts .   T h m ath em atica f o r m u las  f o r   E L U   ac tiv atio n   f u n ctio n   a r g iv e n   in   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 ) .     ( ) = { ,                                                         > 0 (  ( ) 1 ) ,       0   ( 1 5 )     ( ) = { 1 ,                                     > 0 ( ) + ,       0   ( 1 6 )     C o m p ar ed   t o   o th er   ac tiv atio n   f u n ctio n s ,   th E L en h an ce s   lear n in g   ch ar ac ter is tics   at  all  tim es  an d   ac h iev es  an   av er a g ac tiv ati o n   clo s er   to   0 ,   wh ic h   ac ce le r ates  lear n in g .   T h E L ac ti v atio n   r ed u ce s   th d if f er en ce   in   f o r war d   p r o p ag a tio n   an d   th d ata  tr an s f er r ed   t o   th n ex lay er ,   e v en   wh en   t h in p u p ar a m eter s   ar lim ited .   I n   t h is   p ap e r ,   th E L is   u s ed   in s tead   o f   th e   s ig m o id ,   o f f e r in g   b o t h   r o b u s tn ess   an d   r ed u ce d   co m p lex ity .   T h is   s im p lifie s   th p r o ce s s   an d   a d d r ess es th is s u o f   v an is h in g   g r ad ien ts .     2 . 5 . 2 .   H y perpa ra m et er   t un ing   us ing   dy na m ic  L ev y   f lig ht   wit Arc him edes o ptim iza t io n a lg o rit hm   I n   th is   ar ticle,   th DL F in tr o d u ce s   r an d o m   lar g ju m p s   b ase d   o n   th L ev y   d is tr ib u tio n ,   e n h an cin g   th e   ca p ab ilit y   to   escap p o o r   s o lu tio n s   d u r in g   h y p er p ar am eter   t u n in g .   Un lik o th er   o p tim izati o n   alg o r ith m s   s u ch   as  W OA,   GA,   o r   PS O,   wh ich   r ely   o n   f ix e d   s tep   s izes,  DL F - AOA  d y n am ically   ad ju s ts   h y p er p ar am eter s   b y   b alan cin g   g lo b al   ex p lo r atio n   a n d   f i n e - tu n e d   lo c al  s ea r ch .   T h AOA  en s u r es  ef f ec tiv e x p l o itatio n ,   wh ile   DL ac ce ler ates  co n v er g en ce   b y   im p r o v in g   s ea r ch   d iv er s ity .   AOA  is   p o p u latio n - b ased   alg o r ith m ,   wh er e   in d iv id u als in   th p o p u latio n   a r f o cu s ed   o n   s p ec if ic  o b jectiv es.  Similar   to   o th er   p o p u latio n - b ased   alg o r ith m s ,   AOA  d r iv es  th p r o ce s s   with   m ain   p o p u latio n   o f   in d iv id u als  th at  ar s u b ject  to   r an d o m   ac ce ler atio n s ,   d en s ities ,   an d   v o l u m es.  T h e   AOA  b eg in s   b y   ev alu atin g   th f itn ess   o f   t h p r elim in ar y   p o p u latio n   an d   co n tin u es  iter atin g   u n til  ter m i n atio n   co n d itio n   is   m et.   I n   ev er y   iter atio n ,   v o l u m an d   d en s ity   o f   in d iv id u als  ar u p d ated .   T h in d iv id u al' s   ac ce ler atio n   is   r ev is ed   b ased   o n   th eir   in ter ac tio n   with   n eig h b o r in g   in d iv i d u als,  an d   th u p d ated   d en s ity ,   v o lu m e,   an d   ac ce ler atio n   d ete r m i n n ew  p o s itio n   o f   th in d i v id u al.   Ma th em atica f o r m u la  f o r   i n itializatio n   is   p r o v id ed   i n   ( 1 7 ) .     =  +  × (  ×  ) ,       = 1 , 2 , . . . ,   ( 1 7 )     W h er   is   n u m b er   o f   in d iv id u als  in   p o p u latio n ,     is   th    i n d iv id u al,      r ep r esen ts   th lo wer   lim it,       r ep r esen ts   th u p p er   lim it  o f   th s ea r ch   ar ea ,   a n d      r ep r esen ts   th d im en s io n   v ec to r   ar b itra r ily   g iv e n   in   th r an g [ 0 ,   1 ] .   T h m ath em atica f o r m u la  f o r   r eset  d en s ity   f o r   ev er y      in d iv id u al  is   g iv en   in   ( 1 8 ) .   Fin ally ,   th e   in itial  ac ce ler atio n   o f   th e      p ar am ete r   a n d   its   m ath em atica f o r m u la  a r g iv en   in   ( 1 9 ) .   I n   th is   p h ase,   th e   in itial  p o p u latio n   is   ev alu ated   an d   r elev an t   i n d iv id u als  th at   h av e   o p tim al  f itn ess   v alu es  ar e   s elec ted .   T h en ,     ,    an d      ar em p lo y ed ,   wh er    r ep r esen ts   th o p tim al  in d iv id u al,    ,    an d     r ep r esen t d en s ity ,   v o lu m e ,   an d   ac ce ler atio n   r elev a n c with   f itn ess   v alu e.     =  , =    ( 1 8 )      =  + × (  ×  )   ( 1 9 )     i)   R en ew  v o lu m es  an d   d en s ities d en s ity   an d   v o l u m o f   t h in d iv id u al    in   r e p etitio n   + 1   an d   its   m ath em atica f o r m u la   is   g iv en   as  ( 2 0 )   an d   ( 2 1 ) .   W h er e      an d      r ep r esen d en s ity   an d   v o l u m e   r elev an ce .   W ith   a n   o p tim al  i n d iv id u al,   d is tr ib u ted   u n if o r m ly   as  th r a n d o m   n u m b er   is   r ep r esen ted     as   .     + 1 = +  (  )   ( 2 0 )     + 1 = +  (  )   ( 2 1 )     ii)   Den s ity   f ac to r   an d   tr an s f er   o p er ato r :   i n itially ,   in d iv i d u al s   co llid e,   an d   o v er   tim e,   th ey   attem p to   co n v er g to war d   s y m m etr i s tate.   I n   AOA,   th is   p r o ce s s   is   f ac ilit ated   b y   th tr an s f e r   o p er ato r ,   th at   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       E xp o n en tia l l o n g   s h o r t - term me mo r w ith   Levy   flig h t o p timiz a tio n   fo r   lu n g   n o d u le     ( K a lib a   Go w th a mi )   1457   s h if ts   th f o cu s   f r o m   ex p lo r at io n   to   ex p lo itatio n .   T h m at h em atica f o r m u la  f o r   th tr an s f er   o p er ato r   is   g iv en   in   ( 2 2 ) .   I n   th ( 2 2 ) ,     is   n u m b er   o f   iter atio n s   a n d      is   m ax im u m   iter atio n s .   T h e   d en s ity   d ec lin in g   f ac to r   (  )   h elp s   th AOA  in   g lo b al  an d   lo ca s ea r ch es,  an d   its   m ath em atica f o r m u la  is   g iv en   in   ( 2 3 ) .   I n   th e   ( 2 3 ) ,    + 1   r e p r esen ts   th d ec lin in g   tim w h ich   g iv es  th e   m o d el   th ab il ity   to   co n v er g in   p ast  r ec o g n ized   r eg io n s .   T h is   r ep r esen ts   th s u itab le  h an d lin g   o f   th e   v ar iati o n   to   s tr ik e   a   b alan ce   am o n g   ex p lo itatio n   an d   ex p lo r atio n   p h ases   in   AOA  alg o r ith m .      =  ( )   ( 2 2 )      + 1 =  ( ) ( )   ( 2 3 )     iii)   E x p lo r atio n   p h ase  ( c o llis io n   am o n g   in d iv id u als) w h en    0 . 5 ,   th er is   co llis io n   am o n g   in d iv id u als,  an d   s o   r an d o m   m ater ial  is   s elec ted   an d   ac ce l er atio n   o f   th p a r am eter   f o r   + 1   r ep etitio n   is   r ev is ed ,   as  s h o wn   in   ( 2 4 ) .   I n   th e   ( 2 4 ) ,     r ep r esen ts   d en s ity ,     r ep r esen ts   th v o l u m e ,   an d        r ep r esen ts   ac ce ler atio n   o f      i n d iv id u al.   T h is   is   ess en tial   f o r   r ep r esen tatio n   as   0 . 5 ,   wh ich   g u ar an tees e x p lo r atio n   at  tim e   o f   1 /3   iter atio n .      + 1 =  +  +   + 1 + + 1   ( 2 4 )     iv )   E x p lo itatio n   s tag ( n u ll  co llis io n   am o n g   i n d iv id u als) i n   co n d itio n    > 0 . 5 ,   th er is   n u ll  co lli s io n   b etwe en   in d iv i d u als,  r ev is in g   th ac ce ler atio n   o f   in d iv id u als  f o r   iter atio n   ( + 1 ) ,   as  m ath e m atica lly   f o r m u lated   in   ( 2 5 ) .   B y   u s in g   ( 2 6 ) ,   ac ce ler atio n   is   r eq u i r ed   t o   b e   n o r m alize d   f o r   e x ec u tin g   th v a r iatio n   p r o p o r tio n .   I n   th e   ( 2 6 ) ,   = 0 . 9   an d   = 0 . 1   r ep r esen th e   n o r m aliza tio n   r a n g e.   T h e     + 1   r ep r esen ts   th r atio   o f   p h ases   in   wh ich   ea ch   ag en v ar ies.  I n   th co n d itio n   wh er   is   an   in d iv id u al   th at  is   af ield   f r o m   th g lo b al  o p tim u m ,   t h v alu o f   ac ce ler atio n   is   h ig h ,   m ea n in g   th at  in d iv id u al  r em ain s   in   ex p lo itatio n   o r   ex p lo r atio n   s tag an d   p ath   o f   ex p lo r atio n   tr an s itio n s   f r o m   s tag o f   ex p lo r atio n   t o   ex p lo itatio n .   Un d er   g e n er al  c o n d itio n s ,   an   ac ce ler atio n   c o m p o n e n in itiates   with   h ig h er   v alu wh ich   d ec lin es  with   tim e.   T h is   h elp s   th s ea r ch   ag en ts   in   n av ig ati n g   to war d   th g lo b al  o p tim al  o u tco m es  an d   awa y   f r o m   lo ca s o lu tio n s .   T h k ey   o b s er v atio n   is   th at  th er ar f ew  s ea r ch   ag en ts   th at  r eq u ir ex tr a   tim f o r   th e x p lo r atio n   p h ase  co m p ar e d   to   g en er al  cir c u m s tan ce s .   Hen ce ,   th s y m b io tic  o r g an is m s   s ea r ch   ( SOS )   p r o v i d es st ab ilit y   in   b o t h   ex p lo itatio n   an d   ex p l o r atio n .      + 1 =  +  +   + 1 + + 1   ( 2 5 )       + 1 = ×  + 1   (  )  (  ) +   (  )   ( 2 6 )     v)   Up d ate  p o s itio n w h en    0 . 5 ,   th p o s itio n   o f   i n d iv id u al    f o r   n ex iter atio n   + 1   is   g iv en   as  in   ( 2 7 ) .   I n   t h ( 2 7 ) ,    1   r ep r esen ts   a   co n s tan s et  to   2 .   Alter n ativ e ly ,   wh en    > 0 . 5 ,   in d iv i d u als  r ev is th eir   p o s itio n s ,   as  m ath em atic ally   f o r m u lated   in   ( 2 8 ) .   I n   th ( 2 8 ) ,    2   r ep r esen ts   a   co n s tan s et  to   6 .     ,   p r o p o r tio n al  t o   T O,   is   d ef in e d   u s in g   =  3 ×  .   W h er e,    3   r ep r esen ts   co n s tan s et  to   2 .   As     in cr ea s es,  it  co n s id er s   th tim lim it  an d   th r atio   f r o m   t h o p tim al  p o s itio n .   I s tar ts   with   s m all  r atio s ,   r esu ltin g   in   h ig h   v ar ia n ce   c o n ce r n   i n   th s tep - s ize  o f   r a n d o m   walk   b etwe en   th o p tim al  an d   cu r r en t   lo ca tio n s .   As  s ea r c h   p r o g r ess es,  th is   r atio   in cr ea s es,  r e d u cin g   th v ar ian ce   b etwe en   th o p tim al   p o s itio n   an d   th p r esen s tate,   th er eb y   ac h iev i n g   an   ap p r o p r iate  eq u ilib r iu m   b etwe en   e x p lo itatio n   an d   ex p lo r atio n .   T h   f lag   in d icate s   v ar io u s   d ir ec tio n s   o f   m o tio n ,   an d   its   m ath e m atica f o r m u l is   g iv e n   in   ( 2 9 ) .   I n   t h ( 2 9 ) ,   = 2 ×   4   an d    4   r ep r es en co n s tan eq u al  to   0 . 5 .   E ac h   p ar am eter   is   ev alu ated   u s in g   th f itn ess   f u n ctio n   an d   r ec o r d   th o p ti m al  o u tp u o b tain ed   s o   f ar .   T h v alu es  o f    ,  ,   an d       ar allo ca ted .     + 1 = +  1 ×  ×   + 1 ×  × ( )   ( 2 7 )     + 1 =  + 1 + +  2 ×  ×   + 1 ×  × ( ×  )   ( 2 8 )     = { + 1      0 . 5    1      > 0 . 5 }   ( 2 9 )     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 .   2 Ap r il   20 26 1 4 5 1 - 1 4 6 3   1458   v i)   DL F   with   AOA i n   th is   s ec tio n ,   d y n am ic  f ea tu r es  ar em p lo y ed   f o r   th s o lu tio n s   in   AOA.   Me tah eu r is tic   alg o r ith m s   g e n er ally   c o n s is o f   two   p r im ar y   p h ases ex p lo r atio n   an d   e x p lo itatio n ,   wh ic h   m ain tain   a n   o p tim al  b alan ce   b etwe en   th e m .   I n   th is   p ap e r ,   th e   d y n a m ic  v er s io n   is   u tili ze d   to   e m p h asize  b o t h   ex p lo itatio n   an d   e x p lo r atio n ,   wh er ea ch   s o lu tio n   d y n am ic ally   u p d ates  its   p o s itio n   b ase d   o n   th b est   s o lu tio n   attain ed   d u r i n g   th o p tim izatio n   p r o ce s s .   T h d y n am ic  ca n d id ate  s o lu tio n   ( DC S)  f u n ctio n   is   in co r p o r ated   with   th e   L ev y   f li g h f u n ctio n ,   r ep lacin g   ( 2 5 )   a n d   ( 2 6 ) .   T h u p d ated   m ath em atica f o r m u las   ar p r o v id ed   i n   ( 3 0 )   a n d   ( 3 1 ) .   T h DC f u n ctio n   is   im p lem en ted   to   ac co u n f o r   th e   ef f ec t   o f   d ec r ea s in g   th p er ce n tag e   in   th ca n d id at s o lu tio n   d u r in g   ea c h   iter atio n .   I ts   v alu es a r g iv en   in   ( 3 2 )   an d   ( 3 3 ) .      + 1 =  +  +   + 1 + + 1 +  ×   ( 3 0 )       + 1 = ×  + 1   (  )  (  ) +   (  ) +  ×   ( 3 1 )     ( 0 ) = 1    ( 3 2 )     ( + 1 ) = ( ) × 0 . 99   ( 3 3 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h p er f o r m a n ce   o f   DL with   AOA  an d   E L b ased   L STM   m eth o d   is   s im u lated   in   MA T L AB   2 0 2 0 b .   T h s y s tem   is   co n f ig u r ed   with   i5   p r o ce s s o r ,   W in d o ws  1 0   ( 6 4   b it)  an d   8   GB   R A M.   Per f o r m an ce   o f   a   d ev elo p e d   m o d el  is   ev alu ated   in   ter m s   o f   th p er f o r m a n ce   m etr ics  o f   ac cu r ac y ,   s en s itiv ity ,   s p ec if icity ,   p r ec is io n ,   F 1 - s co r e ,   an d   e r r o r   r ate.   I n   T ab le  2 ,   p er f o r m a n ce   o f   a   d ev e lo p ed   DL wi th   AO b as ed   h y p er p ar am e te r   tu n in g   p r o ce s s   is   ev al u a ted   b a s ed   o n   v a r io u s   p er f o r m an c m e tr i c s .   T h d if f e r en o p ti m i za tio n   alg o r i th m s   u ti li ze d   to   ev alu at e   th p e r f o r m an c o f   DL w i t h   AO ar e ,   P S O,   an co lo n y   o p tim iz at io n   ( A C O) ,   g r ey   wo lf   o p ti m i za tio n   alg o r it h m   ( G OA ) ,   an d   p e li ca n   o p tim iz at io n   a lg o r ith m   ( P OA) .   T h e   D L wi th   A O b as ed   h y p er p ar a m e te r   tu n in g   p r o ce s s   a tt ain s   9 8 . 5 6 ac cu r a cy ,   9 7 . 5 4 s e n s i tiv i ty ,   9 8 . 2 2 s p e cif ic it y ,   9 6 . 9 3 p r e ci s io n ,   9 6 . 3 3 %   F 1 - s co r e ,   a n d   1 . 4 4   er r o r   r a te .   T h D L i s   in co r p o r at ed   i n to   tr ad i t io n a A OA  to   en h a n ce   ex p lo r at io n   b y   in tr o d u c in g   r an d o m   p e r tu r b a tio n s   b a s ed   o n   th L ev y   f li g h d i s tr ib u t io n ,   wh ich   im p r o v es  g lo b al  s e ar c h   ca p ab i li ti e s .   R a th er   th an   d ir e ct ly   u p d a tin g   b a s ed   o n   ac c el er a tio n ,   DL d y n am ica ll y   ad ju s t s   th s t ep   s iz e ,   en ab lin g   f in e - tu n in g   o f   h y p er p ar am e ter s .   I n   T ab le  3 ,   p er f o r m an c o f   an   E L a ct i v at io n   f u n c t io n   i s   ev al u a ted   w ith   v a r io u s   p er f o r m an c m et r i cs .   T h e   d if f er e n ac tiv at io n   f u n c ti o n s   u ti li z ed   to   ev a lu a te   th p er f o r m an c o f   E L in c lu d e   R eL U,   L ea k y   R e L U ,   T an ,   an d   S in .   T h e   E L U   a ct iv at io n   f u n c t io n   ac h iev e s   9 8 . 5 6 %   a cc u r ac y ,   9 7 . 5 4 %   s e n s it iv i ty ,   9 8 . 2 2 s p ec if ici ty ,   9 6 . 9 3 %   p r e ci s io n ,   9 6 . 3 3 %   F1 - s c o r e,   an d   1 . 4 4   o f   er r o r   r at e.       T ab le  2 .   Per f o r m an ce   o f   d ev el o p ed   DL F with   AOA  m eth o d   M e t h o d s   A c c u r a c y   ( %)   S e n s i t i v i t y   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   Er r o r   r a t e   IQ - O TH / N C C D   l u n g   c a n c e r   d a t a s e t   PSO   9 3 . 5 8   9 4 . 2 2   9 5 . 1 1   9 3 . 3 4   9 2 . 4 8   6 . 4 1   A C O   9 0 . 1 1   9 3 . 4 7   9 0 . 1 1   9 1 . 3 0   8 9 . 2 2   9 . 8 8   GOA   9 5 . 2 2   9 2 . 7 7   8 9 . 7 7   9 2 . 3 8   9 2 . 0 0   4 . 7 7   P O A   9 6 . 4 4   9 4 . 2 7   9 5 . 0 2   9 4 . 0 6   9 3 . 8 9   3 . 5 5   D LF - AOA   9 8 . 5 6   9 7 . 5 4   9 8 . 2 2   9 6 . 9 3   9 6 . 3 3   1 . 4 4   C h e st   C T - s c a n   i ma g e   d a t a s e t   PSO   9 4 . 5 8   9 5 . 2 2   9 6 . 1 1   9 4 . 3 4   9 3 . 4 8   7 . 4 1   A C O   9 1 . 1 1   9 4 . 4 7   9 1 . 1 1   9 1 . 4 0   9 0 . 2 2   9 . 9 8   GOA   9 6 . 2 2   9 3 . 7 7   9 0 . 7 7   9 5 . 3 8   9 5 . 0 0   5 . 7 7   P O A   9 8 . 7 4   9 8 . 5 6   9 7 . 9 3   9 9 . 7 4   9 8 . 1 6   1 . 1 2   D LF - AOA   9 9 . 4 6   9 9 . 1 4   9 8 . 2 2   9 9 . 2 3   9 8 . 8 3   1 . 7 4       I n   T ab le   4 ,   t h p e r f o r m an ce   o f   L STM   with   E L m eth o d   is   v alid ated   b y   v ar io u s   p e r f o r m a n ce   m etr ics.  T h d if f er e n class if ier s   u s ed   to   ev alu ate  th p e r f o r m a n ce   o f   L STM   with   E L in clu d s p ar s e     au to - en co d er   ( Sp a r s AE ) ,   tr a d itio n al  L STM ,   n eu r al  n etwo r k   ( NN) ,   an d   DNN.   T h L ST with   E L m eth o d   ac h iev ed   9 8 . 5 6 ac c u r ac y ,   9 7 . 5 4 s en s itiv ity ,   9 8 . 2 2 s p e cif icity ,   9 6 . 9 3 p r ec is io n ,   9 6 . 3 3 F1 - s co r e,   an d   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       E xp o n en tia l l o n g   s h o r t - term me mo r w ith   Levy   flig h t o p timiz a tio n   fo r   lu n g   n o d u le     ( K a lib a   Go w th a mi )   1459   an   er r o r   r ate  o f   1 . 4 4 .   I n   T ab le   5 ,   p e r f o r m a n c e   o f   a   L ST wit h   E L U   m et h o d   is   v al i d at e d   u s in g   v a r i o u s   p e r f o r m a n c m e tr i cs   wit h   d i f f er en t k - f o l d   v al u es ,   r a n g in g   f r o m   k   = 3   to   k   = 7 .   T h e   L S T M   wit h   th E L m e th o d   ac h ie v es   9 8 . 5 6 %   a cc u r ac y ,   9 7 . 5 4 %   s e n s i ti v it y ,   9 8 . 2 2 %   s p ec if i cit y ,   9 6 . 9 3 %   p r ec is io n ,   9 6 . 3 3 %   F 1 - s c o r e ,   an d   an   er r o r   r ate  o f   1 . 4 4   at  k   v al u o f   5 .       T ab le  3 .   Per f o r m an ce   o f   E L ac tiv atio n   f u n cti o n   M e t h o d s   A c c u r a c y   ( %)   S e n s i t i v i t y   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   Er r o r   r a t e   IQ - O TH / N C C D   l u n g   c a n c e r   d a t a s e t   R e LU   9 1 . 4 8   8 9 . 4 7   9 0 . 5 5   8 8 . 5 7   8 7 . 6 9   8 . 5 1   Le a k y   R e LU     9 2 . 5 8   8 2 . 7 4   8 8 . 4 7   8 3 . 9 1   8 5 . 1 2   7 . 4 1   Ta n   8 8 . 1 2   8 5 . 7 8   8 2 . 6 9   8 0 . 3 0   7 5 . 4 8   1 1 . 8 7   S i n   8 0 . 2 3   8 1 . 4 5   8 2 . 7 7   8 0 . 9 7   8 0 . 4 8   1 9 . 7 6   ELU   9 8 . 5 6   9 7 . 5 4   9 8 . 2 2   9 6 . 9 3   9 6 . 3 3   1 . 4 4   C h e st   C T - s c a n   i ma g e   d a t a s e t   R e LU   9 2 . 5 4   9 0 . 2 4   9 1 . 5 7   9 1 . 5 7   9 1 . 6 9   8 . 5 1   Le a k y   R e LU     9 3 . 5 8   8 3 . 7 4   8 9 . 4 7   9 3 . 3 1   9 3 . 1 2   7 . 4 1   Ta n   8 9 . 1 2   8 5 . 7 8   8 2 . 6 9   8 8 . 3 0   7 6 . 4 8   1 1 . 8 7   S i n   8 1 . 2 3   8 2 . 4 5   8 3 . 7 7   8 0 . 9 7   8 0 . 4 8   1 9 . 7 6   ELU   9 9 . 4 6   9 9 . 1 4   9 8 . 2 2   9 9 . 2 3   9 8 . 8 3   1 . 7 4       T ab le  4 .   Per f o r m an ce   o f   L ST with   E L m eth o d   M e t h o d s   A c c u r a c y   ( %)   S e n s i t i v i t y   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   Er r o r   r a t e   IQ - O TH / N C C D   l u n g   c a n c e r   d a t a s e t   S p a r se   A E   6 2 . 5 8   5 9 . 5 7   6 3 . 5 8   6 5 . 8 3   7 3 . 5 7   3 7 . 4 1   LSTM   9 6 . 5 8   8 9 . 4 1   9 3 . 6 6   8 9 . 7 3   9 0 . 0 5   3 . 4 1   NN   7 5 . 6 4   7 2 . 4 8   7 7 . 1 5   7 1 . 7 2   7 0 . 9 9   2 4 . 3 5   DNN   8 5 . 4 7   8 0 . 5 6   8 2 . 4 8   7 7 . 9 3   7 5 . 4 8   1 4 . 5 2   LSTM   w i t h   ELU   9 8 . 5 6   9 7 . 5 4   9 8 . 2 2   9 6 . 9 3   9 6 . 3 3   1 . 4 4   C h e st   C T - S c a n   i m a g e   d a t a s e t   S p a r se   A E   7 3 . 5 8   6 0 . 5 7   6 3 . 7 5   7 3 . 2 4   7 3 . 5 7   3 8 . 4 1   LSTM   9 7 . 5 8   9 0 . 4 1   9 2 . 6 6   9 6 . 7 3   9 6 . 0 5   3 . 5 6   NN   7 5 . 6 4   7 2 . 2 4   7 5 . 5 6   7 5 . 7 2   7 5 . 9 9   3 4 . 1 4   DNN   8 6 . 4 7   8 1 . 5 6   8 2 . 4 8   8 5 . 9 3   8 5 . 4 8   1 2 . 1 4   LSTM   w i t h   ELU   9 9 . 4 6   9 9 . 1 4   9 8 . 2 2   9 9 . 2 3   9 8 . 8 3   1 . 7 4       T ab le  5 .   Per f o r m an ce   o f   L ST with   E L m eth o d   f o r   K - f o l d   v alu es   K - v a l u e s   A c c u r a c y   ( %)   S e n s i t i v i t y   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   Er r o r   r a t e   IQ - O TH / N C C D   l u n g   c a n c e r   d a t a s e t   K = 3   9 5 . 6 8   9 4 . 8 7   9 5 . 8 7   9 2 . 6 2   9 0 . 4 8   4 . 3 1   K = 4   9 6 . 9 8   9 5 . 7 8   9 6 . 8 7   9 4 . 0 9   9 2 . 4 5   3 . 0 1   K = 5   9 8 . 5 6   9 7 . 5 4   9 8 . 2 2   9 6 . 9 3   9 6 . 3 3   1 . 4 4   K = 6   9 7 . 5 6   9 3 . 4 8   9 4 . 5 8   9 2 . 5 0   9 1 . 5 4   2 . 4 3   K = 7   9 6 . 4 8   9 0 . 4 8   9 2 . 8 4   9 0 . 1 3   8 9 . 7 7   3 . 5 1   C h e st   C T - s c a n   i ma g e   d a t a s e t   K = 3   9 4 . 4 3   9 3 . 8 7   9 4 . 8 7   9 3 . 4 2   9 3 . 4 8   4 . 3 1   K = 4   9 5 . 9 2   9 5 . 2 4   9 6 . 5 2   9 4 . 5 3   9 4 . 3 1   3 . 0 1   K = 5   9 9 . 4 6   9 9 . 1 4   9 8 . 2 2   9 9 . 2 3   9 8 . 8 3   1 . 7 4   K = 6   9 7 . 5 6   9 3 . 4 8   9 4 . 5 8   9 6 . 5 0   9 6 . 4 2   2 . 4 3   K = 7   9 6 . 4 3   9 1 . 3 2   9 2 . 3 6   9 5 . 1 3   9 4 . 7 7   3 . 5 1       Fig u r 4   r ep r esen ts   co n f u s io n   m atr ix   f o r   I Q - OT H/NC C l u n g   ca n ce r   d ataset.   Fig u r 5   r ep r esen ts   co n f u s io n   m atr ix   f o r   t h e   ch est  C T - s ca n   im ag d ata s et.   Fig u r 6   r e p r esen ts   r ec eiv er   o p er atin g   ch ar ac ter is tic  ( R OC )   cu r v f o r   I Q - OT H/NC C lu n g   ca n ce r   d ataset,   wh ile  Fig u r 7   r e p r e s en ts   R OC   cu r v f o r   th e   ch est  C T - s ca n   im ag d ataset.   T ab le  6   s h o ws  th ev alu atio n   o f   co m p u tatio n   tim e   an d   m em o r y   u s ag e   f o r   t h p r o p o s ed   al g o r ith m .   T ab le   7   r ep r esen ts   th cr o s s - d ataset  g en er aliza tio n   with   tr ain i n g   o n     IQ - OT H/NC C lu n g   ca n ce r   d ataset  an d   test in g   o n   ch est  C T - s ca n   im ag d ataset.   T ab le  8   r ep r esen ts   th e     cr o s s - d ataset  g en er aliza tio n   with   tr ain in g   o n   ch est  C T - s c an   im ag e   d ataset  an d   test in g   o n   I Q - OT H/NC C D   lu n g   ca n ce r   d ataset.   T ab les  7   an d   8   r ep r esen ts   th r eliab ilit y   o f   p r o p o s ed   m o d el  wh en   an aly zin g   u n s ee n   d ata   f r o m   d if f er en clin ical  o r ig i n s .   T ab le  7   r ep r esen ts   th at  L STM   with   E L m o d el  o b tain s   h ig h   ac cu r ac y   o f   8 0 . 4 3 wh e n   tr ain ed   o n   I Q - OT H/NC C lu n g   ca n ce r   d ata s et  an d   test ed   o n   ch est  C T   d ata.   T ab le  8   s h o ws  h ig h   ac cu r ac y   o f   8 1 . 7 3 %,  as  v ice - v er s o f   T a b le  7 ,   s h o ws  m o d el’ s   ca p ab ilit y   to   ca p tu r e   p a th o lo g ical  m ar k er s   th an   p ar ticu lar   d ataset  f ea tu r es .     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 .   2 Ap r il   20 26 1 4 5 1 - 1 4 6 3   1460           Fig u r 4 .   C o n f u s io n   m atr i x   f o r   I Q - OT H/NC C lu n g   ca n ce r   d ataset   Fig u r 5 .   C o n f u s io n   m atr i x   f o r   c h est C T - s ca n   im ag d ataset               Fig u r 6 .   R OC   cu r v f o r   I Q - O T H/NC C lu n g     ca n ce r   d ataset   Fig u r 7 .   R OC   cu r v f o r   ch est   CT - s ca n     im ag d ataset       T ab le  6 .   E v alu atio n   o f   co m p u t atio n   tim an d   m em o r y   u s ag e   M e t h o d s   D a t a s e t   C o m p u t a t i o n   t i m e   ( mi n )   M e m o r y   u s a g e   ( M B )   S p a r se   A E   IQ - O TH / N C C D   29   2 4 0   LSTM   30   2 2 5   NN   25   2 0 7   DNN   27   1 8 3   LSTM   w i t h   ELU   30   2 4 5   S p a r se   A E   C h e st   C T - s c a n   28   2 4 5   LSTM   35   2 3 0   NN   30   2 1 3   DNN   32   1 9 7   LSTM   w i t h   ELU   35   2 5 0       T ab le  7 .   C r o s s   d ataset  g en er al izatio n   with   tr ain in g   o n   I Q - O T H/NC C an d   test in g   o n   c h es t CT - s can   M e t h o d s   A c c u r a c y   ( %)   S e n s i t i v i t y   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   S p a r se   A E   7 7 . 4 1   7 7 . 2 7   7 6 . 8 4   7 6 . 4 7   7 6 . 2 2   LSTM   7 7 . 6 3   7 7 . 4 8   7 7 . 0 9   7 6 . 8 2   7 6 . 6 2   NN   7 8 . 1 6   7 7 . 6 5   7 7 . 3 4   7 7 . 0 2   7 6 . 8 3   DNN   7 8 . 6 4   7 8 . 2 5   7 8 . 0 2   7 7 . 6 2   7 7 . 4 8   LSTM   w i t h   ELU   8 0 . 4 3   7 9 . 4 1   7 9 . 2 3   7 9 . 0 3   7 8 . 8 2       T ab le  8 .   C r o s s   d ataset  g en er al izatio n   with   tr ain in g   o n   ch est  CT - s ca n   an d   test in g   o n   I Q - OT H/NC C D   M e t h o d s   A c c u r a c y   ( %)   S e n s i t i v i t y   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   S p a r se   A E   7 7 . 8 2   7 7 . 4 3   7 7 . 0 4   7 6 . 5 8   7 6 . 3 2   LSTM   7 8 . 0 9   7 7 . 8 6   7 7 . 6 2   7 7 . 2 9   7 7 . 0 2   NN   7 8 . 6 8   7 8 . 3 6   7 8 . 0 2   7 7 . 8 5   7 7 . 5 9   DNN   7 9 . 4 8   7 9 . 1 8   7 8 . 8 5   7 8 . 6 2   7 8 . 2 9   LSTM   w i t h   ELU   8 1 . 7 3   8 0 . 6 5   8 0 . 2 8   7 9 . 8 4   7 9 . 5 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.