在NeurIPS 2020公共卫生机器学习研讨会上,某中心与加州大学圣地亚哥分校的研究人员因提出COVID-19传播预测新方法获得最佳论文奖。
传统COVID预测采用两种方法:一是基于微分方程的分区模型,计算人群在易感、暴露、感染等状态间的转移;二是分析大量训练数据的深度学习模型。分区模型更擅长预测感染和康复,深度学习则更精于死亡预测。
论文提出的混合方法AutoODE结合了常微分方程(ODE)和简单线性机器学习模型。实验显示,该方法相比分区模型平均绝对误差降低36.5%,相比深度学习模型降低57.4%。
模型核心创新:
- 采用SEIR模型变体,新增独立死亡类别
- 通过数据自动学习ODE参数(传播率、潜伏率等),而非依赖固定统计值
- 使用50×50邻接矩阵与相关性矩阵计算州内/跨州传播率
- 引入低秩近似提升计算效率
- 支持随时间变化的传播率识别,并基于时间距离加权训练数据
实验对比: 与6个深度学习模型和1个先进分区模型相比:
- 死亡预测:深度学习略优,但差距微小
- 感染和康复预测:AutoODE在所有三个7天预测周期均优于所有基线模型
该线性模型计算高效,可随新数据定期更新,为公共卫生决策提供实时支持。