A Mechanism-based Outbreak Projection Study of Pertussis (Whooping Cough): Combining Particle Filtering and Compartmental Models with Pre-vaccination Surveillance data
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Particle filtering is a contemporary Sequential Monte Carlo state inference and identification methodology that allows filtering of general non-Gaussian and non-linear models in light of time series of empirical observations. Several previous lines of research have demonstrated the capacity to effectively apply particle filtering to low-dimensional compartmental transmission models. We demonstrate here implementation and evaluation of particle filtering to more complex compartmental transmission models for pertussis – including application with models involving 1, 2, and 32 age groups and with two distinct functional forms for contact matrices – using over 35 years of monthly and annual pre-vaccination provincial data from the mid-western Canadian province. Following evaluation of the predictive accuracy of these four particle filtering models, we then performed prediction, intervention experiments and outbreak classification analysis based on the most accurate model. Using that model, we contribute the first full-paper description of particle filter-informed intervention evaluation in health. We conclude that applying particle filtering with relatively high-dimensional pertussis transmission models, and incorporating time series of reported counts, can serve as a valuable technique to assist public health authorities in predicting pertussis outbreak evolution and classify whether there will be an outbreak or not in the next month (Area under the ROC Curve of 0.9) in the context of even aggregate monthly incoming empirical data. Within this use, the particle filtering models can moreover perform counterfactual analysis of interventions to assist the public health authorities in intervention planning. With its grounding in an understanding of disease mechanisms and a representation of the latent state of the system, when compared with other emerging applications of artificial intelligence techniques in outbreak projection, this technique further offers the advantages of high explanatory value and support for investigation of counterfactual scenarios.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».