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Enregistrement W2999251197 · doi:10.1101/2020.01.14.906297

Machine learning and dengue forecasting: Comparing random forests and artificial neural networks for predicting dengue burdens at the national sub-national scale in Colombia

2020· preprint· en· W2999251197 sur OpenAlexaff
Naizhuo Zhao, Katia Charland, Mabel Carabalí, Elaine O. Nsoesie, Mathieu Maher-Giroux, Erin E. Rees, Mengru Yuan, César García-Balaguera, Gloria Jaramillo Ramirez, Kate Zinszer

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueMosquito-borne diseases and control
Établissements canadiensPublic Health Agency of CanadaMcGill UniversityUniversité de MontréalCentre Intégré Universitaire de Santé et de Services Sociaux du Centre-Sud-de-l'Île-de-MontréalMcGill University Health Centre
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRandom forestDengue feverMean squared errorArtificial neural networkStatisticsMean absolute errorMachine learningEnsemble forecastingEconometricsArtificial intelligenceComputer scienceMathematicsMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The robust estimate and forecast capability of random forests (RF) has been widely recognized, however this ensemble machine learning method has not been widely used in mosquito-borne disease forecasting. In this study, two sets of RF models were developed for the national and departmental levels in Colombia to predict weekly dengue cases at 12-weeks ahead. A national model based on artificial neural networks (ANN) was also developed and used as a comparator to the RF models. The various predictors included historic dengue cases, satellite-derived estimates for vegetation, precipitation, and air temperature, population counts, income inequality, and education. Our RF model trained on the national data was more accurate for department-specific weekly dengue cases estimation compared to a local model trained only on the department’s data. Additionally, the forecast errors of the national RF model were smaller to those of the national ANN model and were increased with the forecast horizon increasing from one-week ahead (mean absolute error, MAE: 5.80; root mean squared error, RMSE: 11.10) to 12-weeks ahead (MAE: 13.38; RMSE: 26.82). There was considerable variation in the relative importance of predictors dependent on forecast horizon. The environmental and meteorological predictors were relatively important for short-term dengue forecast horizons while socio-demographic predictors were relevant for longer-term forecast horizons. This study showed the potential of RF in dengue forecasting with also demonstrating the feasibility of using a national model to forecast at finer spatial scales. Furthermore, sociodemographic predictors are important to include to capture longer-term trends in dengue. Author summary Dengue virus has the highest disease burden of all mosquito-borne viral diseases, infecting 390 million people annually in 128 countries. Forecasting is an important warning mechanism that can help with proactive planning and response for clinical and public health services. In this study, we compare two different machine learning approaches to dengue forecasting: random forest (RF) and neural networks (NN). National and local (departmental-level) models were compared and used to predict dengue cases in the future. The results showed that the counts of future dengue cases were more accurately estimated by RF than by NN. It was also shown that environmental and meteorological predictors were more important for forecast accuracy for shorter-term forecasts while socio-demographic predictors were more important for longer-term forecasts. Finally, the national model applied to local data was more accurate in dengue forecasting compared to the local model. This research contributes to the field of disease forecasting and highlights different considerations for future forecasting studies.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,147
Score d'incertitude au seuil0,292

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,029
Tête enseignante GPT0,251
Écart entre enseignants0,223 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations13
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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