Disclosed are an apparatus for optimizing a classification model and a method thereof for use in cancer diagnosis based on mass spectrometry and machine learning. The classification model optimization method includes: acquiring learning data including a mass spectrum extracted from a cancer tissue of a cancer patient and a mass spectrum extracted from a normal tissue of a normal person; Optimizing preprocessing parameters for preprocessing mass spectra included in the training data; Determining a characteristic of each of the mass spectra by preprocessing the mass spectra included in the training data with an optimized pretreatment parameter; And learning a classification model for determining whether a patient develops cancer using the characteristics of each of the mass spectra.질량 분석 및 기계 학습에 기초한 암 진단에 사용하는 분류 모델 최적화 장치 및 그 방법이 개시된다. 분류 모델 최적화 방법은 암 환자의 암 조직으로부터 추출한 질량 스펙트럼 및 정상인의 정상 조직으로부터 추출한 질량 스펙트럼을 포함하는 학습 데이터를 획득하는 단계; 상기 학습 데이터에 포함된 질량 스펙트럼들을 전처리하기 위한 전처리 파라미터를 최적화하는 단계; 최적화된 전처리 파라미터로 상기 학습 데이터에 포함된 질량 스펙트럼들을 전처리하여 질량 스펙트럼들 각각의 특징을 결정하는 단계; 및 상기 질량 스펙트럼들 각각의 특징을 이용하여, 환자의 암 발병 여부를 판단하기 위한 분류 모델을 학습하는 단계를 포함할 수 있다.