[發(fā)明專利]顧及參數(shù)時(shí)變性的傳播模型建立方法及其預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010436601.2
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN111611297B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石巖;王達(dá);徐剛;余正;鄧敏;陳袁芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F16/2458
• 分類號(hào): G06F16/2458;G06Q10/04;G16H50/30;G16H50/80
• 代理公司: 長(zhǎng)沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

1.一種預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

S1.對(duì)傳播模型涉及區(qū)域的人群進(jìn)行分類；具體為按照如下規(guī)則將進(jìn)行分類：

區(qū)域的人口總數(shù)為N；N＝S+E+I+R；

易感人群S：定義為未被感染的健康人群；

潛伏人群E：定義為已被感染但暫時(shí)沒(méi)有癥狀表現(xiàn)的人群；

感染人群I：定義為已被感染且具有癥狀表現(xiàn)的人群；

移出人群R：定義為不再具備傳染性的人群；

S2.構(gòu)建傳染率表達(dá)模型；具體為采用如下算式作為模型：

式中β₁(t)為第t天潛伏人群的感染率；感染率定義為潛伏人群中一個(gè)潛伏者能夠感染的平均人數(shù)；b₁為基臺(tái)值，用于表示疫情發(fā)生最后一天的傳染率；b₂為值域，用于表示傳染率初始高值與疫情穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的傳染率之間的差值；所述的傳染率初始高值的定義為疫情發(fā)生第一天的傳染率；b₃為傳染率降低速率；b₄為函數(shù)位移值，對(duì)應(yīng)的物理意義為傳染率下降最快的時(shí)間點(diǎn)；

S3.構(gòu)建移出率表達(dá)模型；具體為采用如下算式作為模型：

式中γ(t)為第t天感染人群轉(zhuǎn)換為移出人群的移出率；p₁為基臺(tái)值，用于表示疫情發(fā)生第一天的感染人群移出率；p₂為值域，用于表示移出率最終狀態(tài)時(shí)高值與疫情前期感染人群移出率之間的差值；所述的移出率最終狀態(tài)時(shí)高值的定義為疫情發(fā)生最后一天的移出率；p₃為移出率上升速率；p₄為函數(shù)位移值，對(duì)應(yīng)的物理意義為移出率上升速率最快的時(shí)間點(diǎn)；

S4.根據(jù)步驟S2得到的傳染率表達(dá)模型和步驟S3得到的移出率表達(dá)模型，構(gòu)建最終的顧及參數(shù)時(shí)變性的傳播模型；具體為采用如下算式組作為最終的顧及參數(shù)時(shí)變性的傳播模型：

I(t+1)＝I(t)+σE(t)-γ(t)I(t)

R(t+1)＝R(t)+γ(t)I(t)

N＝S(t)+E(t)+I(t)+R(t)

式中N為區(qū)域的人口總數(shù)；S(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的易感人群總數(shù)；E(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的潛伏人群總數(shù)；I(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的感染人群總數(shù)；R(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的移出人群總數(shù)；β₁(t)為第t天潛伏人群的感染率；β₂為感染人群的傳染率，定義為一個(gè)感染者能夠成功感染成功的平均人數(shù)；σ為潛伏人群轉(zhuǎn)化為感染人群的轉(zhuǎn)陽(yáng)率；

S5.通過(guò)疫情區(qū)域各類人群的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)步驟S4得到的顧及參數(shù)時(shí)變性的傳播模型，采用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)求解，從而得到模型參數(shù)：第t天潛伏人群的感染率β₁(t)、感染人群的傳染率β₂、潛伏人群轉(zhuǎn)化為感染人群的轉(zhuǎn)陽(yáng)率σ和第t天感染人群轉(zhuǎn)換為移出人群的移出率γ(t)；具體為采用如下步驟進(jìn)行求解：

根據(jù)流行病病理學(xué)研究設(shè)置傳播模型b₁、b₂、β₂、σ、p₁和p₂的參數(shù)范圍[b_{1_min},b_{1_max}]、[b_{2_min},b_{2_max}]、[β_{2_min},β_{2_max}]、[σ_{_min},σ_{_max}]、[p_{1_min},p_{1_max}]、[p_{2_min},p_{2_max}]；根據(jù)開始采取防控措施的時(shí)間點(diǎn)設(shè)置b₄和p₄的參數(shù)范圍[b_{4_min},b_{4_max}]和[p_{4_min},p_{4_max}]；b₃和p₃的參數(shù)范圍設(shè)置為[0,2]和[0,2]；

輸入T時(shí)段部分分類人群的真實(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)；在設(shè)置的未知參數(shù)范圍內(nèi)，采用遺傳算法不斷迭代并修改未知參數(shù)的數(shù)值，并采用如下算式計(jì)算擬合指數(shù)V；擬合指數(shù)V表示一定參數(shù)值下傳播模型得到的T時(shí)段部分分類人群擬合值與真實(shí)值的差異，且差異越小擬合指數(shù)越大；

式中N(T)為分類人群真實(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)間天數(shù)；S(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的實(shí)際易感人群；E(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的實(shí)際潛伏人群；I(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的實(shí)際感染人群；R(t)為第t天區(qū)域內(nèi)的實(shí)際移出人群總數(shù)；S'(t)為第t天區(qū)域內(nèi)模型得到的易感人群擬合值；E'(t)為第t天區(qū)域內(nèi)模型得到的實(shí)際潛伏人群擬合值；I'(t)為第t天區(qū)域內(nèi)模型得到的實(shí)際感染人群擬合值；R'(t)為第t天區(qū)域內(nèi)模型得到的移出人群擬合值；為T時(shí)段區(qū)域內(nèi)的實(shí)際易感人群日均值；為T時(shí)段區(qū)域內(nèi)的實(shí)際潛伏人群日均值；為T時(shí)段區(qū)域內(nèi)的實(shí)際感染人群日均值；為T時(shí)段區(qū)域內(nèi)的實(shí)際移出人群日均值；M(S)為易感人群判別函數(shù)，且若T時(shí)段部分分類人群真實(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)中包括易感人群，則M(S)＝1，否則等于0；M(E)為潛伏人群判別函數(shù)，且若T時(shí)段部分分類人群真實(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)中包括潛伏人群，則M(E)＝1，否則等于0；M(I)為感染人群判別函數(shù)，且若T時(shí)段部分分類人群真實(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)中包括感染人群，則M(I)＝1，否則等于0；M(R)為移出人群判別函數(shù)，且若T時(shí)段部分分類人群真實(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)中包括移出人群，則M(R)＝1，否則等于0；

當(dāng)擬合指數(shù)大于閾值α?xí)r，停止迭代過(guò)程；或者重復(fù)上述迭代過(guò)程n次，取n次迭代過(guò)程中擬合指數(shù)最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，作為模型參數(shù)的最終解；

S6.將步驟S5得到的模型參數(shù)帶入顧及參數(shù)時(shí)變性的傳播模型，并采用模型對(duì)傳播模型涉及區(qū)域的各類人群進(jìn)行預(yù)測(cè)。