[논문 리뷰] Prediction of number of cases expected and estimation of the final size of coronavirus epidemic in India using the logistic model and genetic algorithm

Ganesh Kumar M, Soman K.P.외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 26.

COVID-19 epidemiological studies참고 문헌 6인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 유전적 알고리즘을 통해 최적화된 로지스틱 성장 모델을 적용하여 인도의 코로나19 유행의 궤적과 최종 규모를 예측한다. 연구는 2020년 5월경 일일 신규 확진자가 약 1,000명에 도달할 것으로 예측하고, 유행의 최종 규모는 약 12,000~14,000명의 누적 확진자로 추정하며, 인도에서 유행의 初기 단계 동안 조기에 예측 가이드라인을 제공한다.

ABSTRACT

In this paper, we have applied the logistic growth regression model and genetic algorithm to predict the number of coronavirus infected cases that can be expected in upcoming days in India and also estimated the final size and its peak time of the coronavirus epidemic in India.

연구 동기 및 목표

• pandemic의 초기 단계 동안 인도 내 예상 코로나19 확진자 수를 예측하기 위해.
• 수학적 모델링을 통해 유행의 최종 규모와 정점 시기(정점 시점)를 추정하기 위해.
• 유전적 알고리즘을 활용해 로지스틱 모델의 매개변수를 최적화하여 예측 정확도를 향상시키기 위해.
• 인도의 공중보건 계획 수립을 위한 실질적인 역학적 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• 시간에 따른 누적 감염자 수를 시뮬레이션하기 위해 로지스틱 성장 회귀 모델을 사용한다.
• 성장률과 수용 능력 등의 로지스틱 모델 매개변수를 최적화하기 위해 유전적 알고리즘을 활용한다.
• 2020년 3월까지의 인도에서 보고된 확진자 데이터를 사용하여 모델 피팅을 수행한다.
• 예측된 확진자 수와 실제 수의 차이를 최소화하도록 매개변수 조합을 반복적으로 진화시킨다.
• 최종 모델은 향후 확진자 수를 예측하고 유행의 최종 규모 및 정점 시기를 추정함으로써 검증된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 앞서 오는 몇 주 동안 인도에서 예상되는 신규 코로나19 확진자는 몇 명일까?
• RQ2 인도에서 일일 신규 확진자 수가 정점에 도달할 시기는 언제일까?
• RQ3 현재 추세를 바탕으로 인도의 유행 최종 규모는 어느 정도로 추정되는가?
• RQ4 최적화 기법을 활용해 로지스틱 모델을 어떻게 향상시킬 수 있을까?

주요 결과

• 모델은 2020년 5월 중순경 일일 신규 확진자가 약 1,000명에 도달할 것으로 예측한다.
• 유행의 최종 규모는 누적 확진자 수로 12,000~14,000명 사이로 추정된다.
• 유전적 알고리즘이 표준 피팅 방법에 비해 매개변수 추정 정확도를 크게 향상시켰다.
• 모델은 유행 종료 시점까지 누적 확진자 수가 총 13,000명으로 예측되며, 이 추정치의 95% 신뢰구간이 존재한다.