論文の概要: Optimizing Resource-Constrained Non-Pharmaceutical Interventions for Multi-Cluster Outbreak Control Using Hierarchical Reinforcement Learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.19397v1
• Date: Thu, 19 Mar 2026 18:38:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 19:48:38.841469
• Title: Optimizing Resource-Constrained Non-Pharmaceutical Interventions for Multi-Cluster Outbreak Control Using Hierarchical Reinforcement Learning
• Title（参考訳）: 階層強化学習を用いたマルチクラスタアウトブレイク制御のための資源制約非薬物介入の最適化
• Abstract要約: 診断検査や検疫などの非薬剤的介入は、感染症の発生を抑えるのに不可欠である。 現実世界の公衆衛生設定では、リソースは複数のアウトブレイククラスタに分散し、非同期に発生し、サイズとリスクが異なり、共有リソース予算と競合する必要がある。 我々は、この問題を制約のないマルチアームバンディットとして定式化し、階層的な強化学習フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.292485152613935
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Non-pharmaceutical interventions (NPIs), such as diagnostic testing and quarantine, are crucial for controlling infectious disease outbreaks but are often constrained by limited resources, particularly in early outbreak stages. In real-world public health settings, resources must be allocated across multiple outbreak clusters that emerge asynchronously, vary in size and risk, and compete for a shared resource budget. Here, a cluster corresponds to a group of close contacts generated by a single infected index case. Thus, decisions must be made under uncertainty and heterogeneous demands, while respecting operational constraints. We formulate this problem as a constrained restless multi-armed bandit and propose a hierarchical reinforcement learning framework. A global controller learns a continuous action cost multiplier that adjusts global resource demand, while a generalized local policy estimates the marginal value of allocating resources to individuals within each cluster. We evaluate the proposed framework in a realistic agent-based simulator of SARS-CoV-2 with dynamically arriving clusters. Across a wide range of system scales and testing budgets, our method consistently outperforms RMAB-inspired and heuristic baselines, improving outbreak control effectiveness by 20%-30%. Experiments on up to 40 concurrently active clusters further demonstrate that the hierarchical framework is highly scalable and enables faster decision-making than the RMAB-inspired method.
• Abstract（参考訳）: 診断検査や検疫のような非薬剤的介入(NPI)は感染症の発生を抑えるのに不可欠であるが、特に早期発生の段階では限られた資源によって制限されることが多い。 現実世界の公衆衛生設定では、リソースは複数のアウトブレイククラスタに分散し、非同期に発生し、サイズとリスクが異なり、共有リソース予算と競合する必要がある。 ここで、クラスタは、単一の感染したインデックスケースによって生成された密接なコンタクトのグループに対応する。 したがって、決定は、運用上の制約を尊重しながら、不確実性と不均一な要求の下で行われなければならない。 我々は、この問題を制約のないマルチアームバンディットとして定式化し、階層的な強化学習フレームワークを提案する。 グローバルコントローラは、グローバルリソース需要を調整する継続的なアクションコスト乗算器を学習し、一般化されたローカルポリシーは、各クラスタ内の個人にリソースを割り当てる際の限界値を推定する。 提案手法は,SARS-CoV-2の現実的なエージェントベースシミュレータにおいて,動的に到着するクラスタを用いて評価する。 システムスケールや試験予算の幅広い範囲で、RMABにインスパイアされた、ヒューリスティックなベースラインを一貫して上回り、アウトブレイクコントロールの効率を20%から30%向上させる。 最大40の並列アクティブクラスタの実験により、階層的なフレームワークはRMABにインスパイアされた方法よりもスケーラビリティが高く、意思決定が高速であることが示された。

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