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Enregistrement W4399483161 · doi:10.1007/s41060-024-00558-1

Deep learning-based approach for COVID-19 spread prediction

2024· article· en· W4399483161 sur OpenAlexaboutno aff
Silvino Pedro Cumbane, Győző Gidófalvi

Notice bibliographique

RevueInternational Journal of Data Science and Analytics · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineMathematics
ThématiqueCOVID-19 epidemiological studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesKungliga Tekniska HögskolanLunds UniversitetStyrelsen för Internationellt Utvecklingssamarbete
Mots-clésAutoregressive integrated moving averageComputer scienceDeep learningAutoencoderCoronavirus disease 2019 (COVID-19)EconometricsArtificial intelligenceKey (lock)Machine learningInfectious disease (medical specialty)Time seriesDiseaseMathematicsComputer securityMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Spread prediction models are vital tools to help health authorities and governments fight against infectious diseases such as COVID-19. The availability of historical daily COVID-19 cases, in conjunction with other datasets such as temperature and humidity (which are believed to play a key role in the spread of the disease), has opened a window for researchers to investigate the potential of different techniques to model and thereby expand our understanding of the factors (e.g., interaction or exposure resulting from mobility) that govern the underlying dynamics of the spread. Traditionally, infectious diseases are modeled using compartmental models such as the SIR model. However, this model shortcoming is that it does not account for mobility, and the resulting mixing or interactions, which we conjecture are a key factor in the dynamics of the spread. Statistical analysis and deep learning-based approaches such as autoregressive integrated moving average (ARIMA), gated recurrent units, variational autoencoder, long short-term memory (LSTM), convolution LSTM, stacked LSTM, and bidirectional LSTM have been tested with COVID-19 historical data to predict the disease spread mainly in medium- and high-income countries with good COVID-19 testing capabilities. However, few studies have focused on low-income countries with low access to COVID-19 testing and, hence, highly biased historical datasets. In addition to this, the arguable best model (BiLSTM) has not been tested with an arguably good set of features (people mobility data, temperature, and relative humidity). Therefore, in this study, the multi-layer BiLSTM model is tested with mobility trend data from Google, temperature, and relative humidity to predict daily COVID-19 cases in low-income countries. The performance of the proposed multi-layer BiLSTM is evaluated by comparing its RMSE with the one from multi-layer LSTM (with the same settings as BiLSTM) in four developing countries namely Mozambique, Rwanda, Nepal, and Myanmar. The proposed multi-layer BiLSTM outperformed the multi-layer LSTM in all four countries. The proposed multi-layer BiLSTM was also evaluated by comparing its root mean-squared error (RMSE) with multi-layer LSTM models, ARIMA- and stacked LSTM-based models in eight countries, namely Italy, Turkey, Australia, Brazil, Canada, Egypt, Japan, and the UK. Finally, the proposed multi-layer BiLSTM model was evaluated at the city level by comparing its average relative error with the other four models, namely the LSTM-based model considering multi-layer architecture, Google Cloud Forecasting, the LSTM-based model with mobility data only, and the LSTM-based model with mobility, temperature, and relative humidity data for 7 periods (of 28 days each) in six highly populated regions in Japan, namely Tokyo, Aichi, Osaka, Hyogo, Kyoto, and Fukuoka. The proposed multi-layer BiLSTM model outperformed the multi-layer LSTM model and other previous models by up to 1.6 and 0.6 times in terms of RMSE and ARE, respectively. Therefore, the proposed model enables more accurate forecasting of COVID-19 cases and can support governments and health authorities in their decisions, mainly in developing countries with limited resources.

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)0,002
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,024
Score d'incertitude au seuil0,047

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

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 Opus0,363
Tête enseignante GPT0,492
Écart entre enseignants0,130 · 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

Citations8
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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