隔室模型和深度學(xué)習(xí)模型對(duì)COVID-19的預(yù)測(cè)研究

劉樹穎

（福州大學(xué)梅努斯國(guó)際工程學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引言

新型冠狀病毒的爆發(fā)對(duì)全球公共衛(wèi)生造成了巨大的破壞性影響。通過(guò)構(gòu)建隔室模型預(yù)測(cè)重要指標(biāo)，例如感染病例、解釋疫情的動(dòng)態(tài)變化和爆發(fā)機(jī)制，使衛(wèi)生保健系統(tǒng)能及時(shí)采取有效措施應(yīng)對(duì)相關(guān)問(wèn)題。

新冠肺炎（COVID-19）疾病符合流行病在不同隔室的物理傳播機(jī)制。彭源源[1]定性分析了多種傳染病模型在COVID-19 的應(yīng)用?？紤]政府可能采取管控措施，例如封鎖政策，各學(xué)者對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。劉擁民等[2]使用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)COVID-19 的傳播特性，以了解疫情的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

基于上述分析，該文結(jié)合隔室模型的可解釋性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性，考慮疫苗對(duì)疫情的影響，增加疫苗接種隔室，以優(yōu)化隔室模型，將基礎(chǔ)的SEIRD 和優(yōu)化的SEIRDV的隔室模型作為主干網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)PINN 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)微分方程參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。重點(diǎn)關(guān)注感染隔室的數(shù)據(jù)，應(yīng)用4 種評(píng)估指標(biāo)（平均絕對(duì)誤差、均方誤差、均方根誤差和決定系數(shù)）驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到的參數(shù)進(jìn)行合理性檢驗(yàn)。

1 方法

采用基礎(chǔ)的SERID、優(yōu)化的SERIDV 隔室模型以及PINN 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合隔室的模型。

1.1 隔室模型

隔室模型常應(yīng)用于傳染病動(dòng)力學(xué)，包括隔室：易感者（S）、暴露者（E）、傳染者（I）、康復(fù)者（R）和死亡者（D）。易感者指未感染病毒且可能被感染的人群；暴露者指已感染病毒但還不具有傳染性的人群，這意味他們處于病毒的潛伏期；感染者指已感染病毒且具有傳染性的人群；康復(fù)者指已恢復(fù)、因體內(nèi)有抗體而不易被病毒再次感染的人群；……