論文の概要: Tracking disease outbreaks from sparse data with Bayesian inference
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.05863v1
- Date: Sat, 12 Sep 2020 20:37:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2022-10-19 08:16:04.881715
- Title: Tracking disease outbreaks from sparse data with Bayesian inference
- Title(参考訳): ベイズ推定によるスパースデータによる疾患発生の追跡
- Authors: Bryan Wilder, Michael J. Mina, Milind Tambe
- Abstract要約: 新型コロナウイルス(COVID-19)のパンデミックは、感染発生時の感染率を推定する新たな動機を与える。
標準的な手法は、より細かいスケールで共通する部分的な観測可能性とスパースなデータに対応するのに苦労する。
原理的に部分観測可能なベイズ的枠組みを提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 55.82986443159948
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The COVID-19 pandemic provides new motivation for a classic problem in
epidemiology: estimating the empirical rate of transmission during an outbreak
(formally, the time-varying reproduction number) from case counts. While
standard methods exist, they work best at coarse-grained national or state
scales with abundant data, and struggle to accommodate the partial
observability and sparse data common at finer scales (e.g., individual schools
or towns). For example, case counts may be sparse when only a small fraction of
infections are caught by a testing program. Or, whether an infected individual
tests positive may depend on the kind of test and the point in time when they
are tested. We propose a Bayesian framework which accommodates partial
observability in a principled manner. Our model places a Gaussian process prior
over the unknown reproduction number at each time step and models observations
sampled from the distribution of a specific testing program. For example, our
framework can accommodate a variety of kinds of tests (viral RNA, antibody,
antigen, etc.) and sampling schemes (e.g., longitudinal or cross-sectional
screening). Inference in this framework is complicated by the presence of tens
or hundreds of thousands of discrete latent variables. To address this
challenge, we propose an efficient stochastic variational inference method
which relies on a novel gradient estimator for the variational objective.
Experimental results for an example motivated by COVID-19 show that our method
produces an accurate and well-calibrated posterior, while standard methods for
estimating the reproduction number can fail badly.
- Abstract(参考訳): 新型コロナウイルス(COVID-19)のパンデミックは、疫学における古典的な問題に新たな動機を与えている。
標準的な方法は存在するが、粗粒度の高い国または州のスケールで、豊富なデータを持ち、より細かいスケール(例えば個々の学校や町)で一般的な部分的な可観測性とスパースなデータに対応するのに苦労している。
例えば、検査プログラムによって少数の感染が捕捉される場合、ケース数は不足する可能性がある。
あるいは、感染した個々のテストが陽性かどうかは、テストの種類やテストの時点によって異なります。
本稿では,部分可観測性を考慮したベイズフレームワークを提案する。
本モデルでは, 未知の再現数よりも前のガウス過程を各時間ステップに配置し, 特定のテストプログラムの分布から得られたモデル観察を行う。
例えば、我々のフレームワークは、様々な種類のテスト(ウイルスRNA、抗体、抗原など)とサンプリングスキーム(例えば、縦方向または横方向のスクリーニング)に対応できる。
このフレームワークの推論は数万から数十万の離散潜在変数の存在によって複雑である。
この課題に対処するために,変分目的のための新しい勾配推定器に依存する効率的な確率的変分推定法を提案する。
実験結果から, 再現数を推定する標準的な手法は失敗するが, 精度が高く, 校正後の精度は良好であることが明らかとなった。
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