論文の概要: Epicasting: An Ensemble Wavelet Neural Network (EWNet) for Forecasting
Epidemics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.10696v1
- Date: Tue, 21 Jun 2022 19:31:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2022-06-24 10:23:40.609189
- Title: Epicasting: An Ensemble Wavelet Neural Network (EWNet) for Forecasting
Epidemics
- Title(参考訳): epicasting: 流行予測のためのアンサンブルウェーブレットニューラルネットワーク(ewnet)
- Authors: Madhurima Panja, Tanujit Chakraborty, Uttam Kumar, Nan Liu
- Abstract要約: 感染性疾患は、世界中でヒトの病気や死亡の原因となっている。
感染拡大の予測は、利害関係者が目の前の状況に対処するのに役立つ。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 2.705025060422369
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Infectious diseases remain among the top contributors to human illness and
death worldwide, among which many diseases produce epidemic waves of infection.
The unavailability of specific drugs and ready-to-use vaccines to prevent most
of these epidemics makes the situation worse. These force public health
officials, health care providers, and policymakers to rely on early warning
systems generated by reliable and accurate forecasts of epidemics. Accurate
forecasts of epidemics can assist stakeholders in tailoring countermeasures,
such as vaccination campaigns, staff scheduling, and resource allocation, to
the situation at hand, which could translate to reductions in the impact of a
disease. Unfortunately, most of these past epidemics (e.g., dengue, malaria,
hepatitis, influenza, and most recent, Covid-19) exhibit nonlinear and
non-stationary characteristics due to their spreading fluctuations based on
seasonal-dependent variability and the nature of these epidemics. We analyze a
wide variety of epidemic time series datasets using a maximal overlap discrete
wavelet transform (MODWT) based autoregressive neural network and call it
EWNet. MODWT techniques effectively characterize non-stationary behavior and
seasonal dependencies in the epidemic time series and improve the forecasting
scheme of the autoregressive neural network in the proposed ensemble wavelet
network framework. From a nonlinear time series viewpoint, we explore the
asymptotic stationarity of the proposed EWNet model to show the asymptotic
behavior of the associated Markov Chain. We also theoretically investigate the
effect of learning stability and the choice of hidden neurons in the proposed
EWNet model. From a practical perspective, we compare our proposed EWNet
framework with several statistical, machine learning, and deep learning models
that have been previously used for epidemic forecasting.
- Abstract(参考訳): 感染性疾患は、世界中でヒトの病気や死亡に最も寄与している疾患のひとつであり、多くの病気が感染の波を発生させている。
特定の薬物や予防接種のためのワクチンが利用できないため、状況は悪化する。
これらにより、公衆衛生当局、医療提供者、政策立案者は、疫病の信頼性と正確な予測によって生じる早期警戒システムに頼らざるを得なくなる。
感染の正確な予測は、予防接種キャンペーン、スタッフのスケジューリング、資源配分などの対策を、病気の影響の低減に繋がる手前の状況に合わせて、利害関係者に支援することができる。
残念なことに、これらの過去の流行(例えば、デング、マラリア、肝炎、インフルエンザ、そして最近のコビッド19)のほとんどは、季節依存性の変動とこれらの流行の性質に基づく変動が広がるため、非線形で非定常的な特徴を示す。
我々は,最大重複離散ウェーブレット変換(MODWT)に基づく自己回帰ニューラルネットワークを用いて,さまざまな流行時系列データセットを分析し,それをEWNetと呼ぶ。
MODWT技術は, 流行時系列における非定常行動と季節依存性を効果的に特徴づけ, 提案したアンサンブルウェーブレットネットワークフレームワークにおける自己回帰ニューラルネットワークの予測スキームを改善する。
非線形時系列の観点から,提案したEWNetモデルの漸近定常性を探索し,関連するマルコフ連鎖の漸近挙動を示す。
また,提案するewnetモデルにおいて,学習の安定性と隠れたニューロンの選択の影響を理論的に検討した。
実用的観点から,提案するewnetフレームワークと,これまでに流行予測に用いられてきた統計モデル,機械学習モデル,深層学習モデルを比較した。
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