[논문 리뷰] Prediction and analysis of Coronavirus Disease 2019

Lin Jia, Kewen Li외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 11.

Data-Driven Disease Surveillance참고 문헌 6인용 수 45

한 줄 요약

본 논문은 COVID-19 확산을 세 가지 성장 모델(Logistic, Bertalanffy, Gompertz)로 적합시키고, 이들 모델의 적합 성능을 비교하여 Wuhan, 중국 내 다른 지역, 중국 전체의 확진 및 사망 합계를 예측한다.

ABSTRACT

In December 2019, a novel coronavirus was found in a seafood wholesale market in Wuhan, China. WHO officially named this coronavirus as COVID-19. Since the first patient was hospitalized on December 12, 2019, China has reported a total of 78,824 confirmed CONID-19 cases and 2,788 deaths as of February 28, 2020. Wuhan's cumulative confirmed cases and deaths accounted for 61.1% and 76.5% of the whole China mainland , making it the priority center for epidemic prevention and control. Meanwhile, 51 countries and regions outside China have reported 4,879 confirmed cases and 79 deaths as of February 28, 2020. COVID-19 epidemic does great harm to people's daily life and country's economic development. This paper adopts three kinds of mathematical models, i.e., Logistic model, Bertalanffy model and Gompertz model. The epidemic trends of SARS were first fitted and analyzed in order to prove the validity of the existing mathematical models. The results were then used to fit and analyze the situation of COVID-19. The prediction results of three different mathematical models are different for different parameters and in different regions. In general, the fitting effect of Logistic model may be the best among the three models studied in this paper, while the fitting effect of Gompertz model may be better than Bertalanffy model. According to the current trend, based on the three models, the total number of people expected to be infected is 49852-57447 in Wuhan,12972-13405 in non-Hubei areas and 80261-85140 in China respectively. The total death toll is 2502-5108 in Wuhan, 107-125 in Non-Hubei areas and 3150-6286 in China respetively. COVID-19 will be over p robably in late-April, 2020 in Wuhan and before late-March, 2020 in other areas respectively.

연구 동기 및 목표

• 초기 COVID-19 발발의 모델링을 동기 부여하고 단기 예측을 제공한다.
• 유행병 적합화 및 예측을 위한 세 가지 고전적 성장 모델을 평가한다.
• Wuhan, 중국 내 비후베이 지역, 중국 전체의 지역 차이와 발발 종결 조건을 평가한다.
• 모형 타당성을 검증하기 위해 SARS 경향을 회고적으로 피팅하여 모델을 검증한다.

제안 방법

• 2020년 2월 28일 기준 중국과 Wuhan의 COVID-19 데이터에 세 가지 수학적 모형(Logistic, Bertalanffy, Gompertz)을 적합시킨다.
• 모형과 지역 간의 적합 성능을 비교하여 최적의 적합 방법을 식별한다.
• 모형의 예비 타당성 점검으로 SARS 유행 데이터를 피팅한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 COVID-19 사례 데이터에 대해 Logistic, Bertalanffy, Gompertz 중 어떤 모형이 최적의 적합도를 보이는가?
• RQ2 연구 기간 기준 Wuhan, 중국 내 비후베이 지역, 중국 전체의 예측 총 감염 및 사망자는 얼마인가?
• RQ3 지역별로 모형 적합은 Wuhan vs. 비후베이 지역 vs. 중국 전체에서 어떻게 다르게 나타나는가?

주요 결과

• 세 모형은 매개변수와 지역에 따라 서로 다른 예측을 산출한다.
• 연구된 세 모형 중 일반적으로 Logistic 모형이 가장 우수한 적합 성능을 보인다.
• 일부 경우에 Gompertz 모형이 Bertalanffy 모형보다 더 잘 적합할 수 있다.
• 예측 총합: Wuhan 감염 49,852–57,447; 비후베이 감염 12,972–13,405; 중국 감염 80,261–85,140.
• 예측 사망자: Wuhan 2,502–5,108; 비후베이 사망 107–125; 중국 사망 3,150–6,286.
• 현 추세에 근거하면 Wuhan은 2020년 4월 말경에 발발이 종결될 수 있으며, 다른 지역은 2020년 3월 말 이전에 끝날 수 있다고 논문은 시사한다.