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新冠肺炎扩散趋势研究报告:疫情可能在2月11日出现拐点

   日期:2026-01-01 00:15:33     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
新冠肺炎扩散趋势研究报告:疫情可能在2月11日出现拐点

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新型冠状肺炎病毒(2019-nCoV)从2019年12月26日被发现,到当月31日官方公告新型肺炎,再到2020年2月4日16时21分,全国已有20503人确诊,426人死亡。这次病毒疫情正在以2003年非典型肺炎(SARS)五倍的速度在扩散,有人甚至将这个病毒的危害程度与1918年西班牙流感进行百年大病毒对比。

目前新的确诊患者人数还在逐日增加,但全国已经众志成城,从扩散速度的顶峰到下降应该为期不远了,发病率预计在正月十五(2月8号)前后可能出现回落。知名传染病专家桂希恩预测,正月十五前武汉肺炎疫情可能出现拐点。上海市医疗救治专家组组长张文宏教授断言,控制新冠病毒感染的主体战役应该在1个月内结束,2个月内进入尾声。

本文以2020年1月以来国家疾控中心公布的感染统计数字为基础,对国际上流行的传染疾病传播模型SEIR(Susceptible, Exposed, Infected, Recovered)进行拟合,通过病毒潜伏者(Exposed)数量随时间变化的曲线预测2月11日扩散速度可能出现顶峰然后开始下降。

建模设置

1)基本再生数(R0)指一个病毒携带者,进入易感人群中后可感染的二代病例个数。

2)根据Kermack与McKendric1的推算,当基本再生数R0 持续小于 1时,新增感染数会随时间最终收敛到0。也就是说此时病毒会自行消亡,不再构成传染病威胁。

3)基本再生数的基本式2:R0 = r* c * d 。其中 r 是指病毒传播性(病毒携带者将病毒传染给被接触者的可能性),c 指的是易感人群和病毒携带者之间的平均接触率,d指的是预期感染持续时间。本模型使用该基本式对病毒扩散随时间的变化的趋势(扩散趋势)进行推导。

4)我们有理由认为所有发病的病毒携带者和已被发现的病毒携带者都已被隔离,且被隔离的病毒携带者不在可能的接触范围内,因此我们需要关注的是未被发现的病毒携带者(UnquarantinedExposed)的扩散趋势假设病毒潜伏者(Exposed)被发现的第一时间就受到隔离,我们可以用模型仿真估算所得的病毒潜伏者(Exposed)数量随时间变化的曲线潜伏者曲线)来代表未被发现的病毒潜伏者占总接触人数的比例(UnquarantinedExposed Rate)随时间变化的趋势

5)如果不考虑在仿真时间段(2月4日至2月12日)接触环境、保护措施的改变,我们可以假设:病毒的传播性(r)不随时间变化,并且预期感染持续时间(d)为固定值。从而,未被发现的病毒携带者扩散趋势与易感人群和病毒携带者之间的平均接触率(c)一致。

6)假设易感人群和病毒携带者之间的平均接触率(c)变化趋势与未被发现的病毒携带者Unquarantined Exposed占总接触人数比例UnquarantinedExposed Rate一致,结合4)与5)所做假设,从而未被发现的病毒携带者的扩散趋势与潜伏者曲线一致。
病毒潜伏者曲线
为估计潜伏者人数,我们首先收集了1月1日至2月3日以来的确诊、死亡与康复数,并采用以下三个步骤对法定工作日前后的确诊情况进行估算。
  • 针对确诊病例、疑似病例、当日增长确诊病例、当日增长疑似病例进行多项式回归。
  • 对武汉肺炎病毒建立SIR模型,对1月1日至1月31日期间病例数进行仿真,与多项式回归结果和真实值比较,建立对感染率、康复率和易感人数等参数的直觉模型。
  • 对武汉肺炎病毒建立SEIR模型,搜索拟合1月1日至2月3日感染、治愈/死亡患者数的最优模型参数,对2月4日以后进行模拟仿真,估算病毒潜伏者曲线的趋势。
通过比较观测仿真图,在符合直觉设定范围内搜索参数所得到拟合误差最小的若干候选SEIR模型中,人工选择较为符合疫情发展态势的一个模型,对其潜伏者数量曲线仿真如下图。X轴代表是以12月9日零点为第零日计,该日期为病毒传播的第几日;Y轴代表对应图例中对应类型患者数量。从图中可以看出潜伏者人数曲线(橙色曲线)在第六十四日(2月11日零点左右)存在极值(高)点。

图. 新冠肺炎病毒潜伏者人数曲线
上图中,b代表beta指易感者(Susceptible)到潜伏者(Exposed)的转换率,s代表潜伏者(Exposed)到感染者(Infected)的转换率,g代表感染者(Infected)康复或死亡的比率。E0、I0依次代表潜伏者和感染者的初始数量。
本文作者:吴信东,付骁弈,吴明辉
参考文献
【1】W.O. Kermack and A.G. McKendrick. A Contributionto the Mathematical Theory of Epidemics. In Proceedings of the Royal Societyof London, Series A, Volume 115, Issue 772, pages 700–772. Royal Society ofLondon, 1927.
【2】J.H. Jones. Notes on R0. http://web.stanford.edu/class/earthsys214/notes/Jones_R0_notes2019.pdf,2019.
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