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[转载]洛斯·阿拉莫斯国家实验室尝试用AI预测流感

已有 352 次阅读 2019-10-24 14:14 |个人分类:科学研究|系统分类:科研笔记|文章来源:转载


根据福布斯(Forbes)报导美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention,CDC)统计,2018-2019流感季是十年以来最长的一次,持续了21周,超过5个月。从一整年的日历时间来看,流感竟然“霸占”了一年40%的时间!通常,流感季会从每年的11月初一直持续到来年2月中旬,而去年则持续到4月份。

 
洛斯·阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory,LANL)此前开发了一个概率型人工智能模型Dante,它对2018年的流感做出了精确预测,其预测维度可细分至州、国家和地区范围。在美国CDC组织的FluSight(流感)挑战赛(FluSight Challenge)中,该实验室的AI模型成果一举击败其他23个团队的模型。美国CDC最近最新公布了这项挑战赛的具体结果。



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▲ 美国2018-2019各州平均流感样疾病(ILI)相对于全国(图中黑色线)加权平均流感样疾病;流感是公共卫生的一大“难题”,估计有900万至4900万病例。

FluSight挑战赛旨在通过组织各科研机构参加,各类流感预测模型在此会进行横向比较,从而最终来提高流感预测的准确性。在2018-2019的流感季节,24个不同的研究团队参与了流感预测项目的挑战赛,每个团队在预测周期内,每周都提交了38份不同的预测报告。
 
事实证明,Dante比其他模型更成功地预测了流感季节的时间、爆发高峰期以及短期强度。与其他模型不同的是,Dante能进行多维度的自主学习,且具有自我优化策略。它通过结合国家、地区和州的不同纬度的流感数据,学习这些不同地理区域的趋势,进而主动利用各州的信息来改进其他州的预测。



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▲ 流感季节对美国几乎所有州均有影响,发现跨地域、跨季节信息可改善流感预测工作;2015年是美国的轻度流感季节,相比之下2017年是流感高发期

在挑战赛期间,即10月中旬到次年5月中旬,该AI模型的开发者Dave Osthus博士每周均会向CDC提交一份文件,描述该预测周期内Dante对即将到来的整个流感季的预测。他说:“提交每周流感预测数据,这样CDC能够在第一时刻得知未来的流感情况,从而优化其应对方案。这就像天气预报系统不断更新天气情况,告知公众,从而预防各类自然天气灾害对人类造成的影响一样。”在11月至来年4月的流感高峰期内,研究团队每周会收集最新的流感季数据,并将其整合到AI模型中。
 
在即将到来的流感季,Osthus博士和他的研究团队计划更新Dante,升级成Dante+,以应对新一轮流感高发季的预测。在此次AI系统的升级中,研究人员将着重开发一个基于互联网的“及时预报”模型,它能将与流感相关词汇的谷歌搜索流量映射到疾控中心的流感活动数据中。
 
其实,预测疾病与预测天气在一定程度上有相似之处,人们需要向计算机模型输送大量数据,从而使模型自己学会数据分析、进行趋势预测。但是疾病预测还有一点能使其与天气预测等这类常见预测区分开,那就是疾病预测无法提前预测人类的日常行为轨迹和习惯。通常来说,疾病的传播取决于人们的日常行为,比如,接触过何种人群、去过何种易于病菌传播的公共场所,旅行地、洗手池、公共交通、医院等场所都是常见的病菌来源。
 
但这些主观能决定的“行为因素”,往往很难进行准确预测。流感具有高度的传染性,其会随着人们四处走动而迅速传播,因此这就使得追踪并且预测流感传播活动成为了科学家们的一大挑战。

至于是否能对今年流感季的情况进行更精确的预测,从目前的技术角度来说还是存在一定难度的,不过预测的及时性可以得到保障。Osthus博士表示,预测流感,有很大的不确定性。流感高发期通常是在感恩节之后,短期来看目前还没有明显的迹象表明今年会是一个流感爆发季;换言之,这意味着这季的流感爆发可能会在12月中旬到来年3月下旬间,达到峰值。至于本季流感的强度,现在下结论还为时过早。


https://www.forbes.com/sites/ninashapiro/2019/10/17/flu-season-is-just-beginning-which-is-why-its-not-too-late-to-get-your-shot/#eab50833c965


http://www.djkpai.com/ai/168093.jhtml




http://blog.sciencenet.cn/blog-529903-1203269.html

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