TL; DR: интерактивное моделирование - отличный способ получить интуитивное понимание сложных систем. И нет ничего сложнее эпидемиологии. Вот некоторые из лучших интерактивных онлайн-симуляторов эпидемиологии COVID-19, которые я нашел.
Эпистемический статус: нет квалификации в области эпидемиологии или моделирования. Просто случайный любитель симуляторов. Это делает меня недостаточно квалифицированным и чрезмерно самоуверенным. Обратите внимание, что эти симуляции предназначены только для образовательно-развлекательных целей. Ни для чего из реального мира, например, для принятия решения о финансовой стратегии, политике общественного здравоохранения или чему-то в этом роде. Реальные сделки намного сложнее этого.
Примечание редакции: Towards Data Science - это издание Medium, в основном основанное на изучении науки о данных и машинного обучения. Мы не являемся специалистами в области здравоохранения или эпидемиологами, и мнения, изложенные в этой статье, не следует интерпретировать как профессиональные советы. Чтобы узнать больше о пандемии коронавируса, нажмите здесь.
Есть много способов моделировать людей (бильярдный шар или пиксели) или даже стоит ли моделировать людей в первую очередь (PDE). Итак, это будет сгруппировано по категориям без определенного порядка (на самом деле, из того, что я считаю наиболее интуитивно понятным):
Бильярдный шар №1 от Washington Post: Эти симуляции показывают, как сгладить кривую роста коронавируса
Washington Post использует модель бильярдного шара, где каждый человек представляет собой идеально эластичный 2D-круг, который с постоянной скоростью движется по прямой линии, живя в прямоугольнике с идеально эластичными стенками. Это очень хорошее время, чтобы вырастить шаровидную корову:
Производство молока на молочной ферме было низким, поэтому фермер написал в местный университет, прося помощи у академических кругов. Была сформирована многопрофильная команда профессоров во главе с физиком-теоретиком, и прошли две недели интенсивных исследований на местах. Затем ученые вернулись в университет с записными книжками, набитыми данными, где задача по написанию отчета была возложена на руководителя группы. Вскоре после этого физик вернулся на ферму и сказал фермеру: У меня есть решение, но оно работает только в случае сферических коров в вакууме. Http://www.physics.csbsju.edu/stats/WAPP2_cow.html
Я не высмеиваю WaPo. Вся идея в том, что моделирование - это искусство. Слишком сложно создать идеальную симуляцию мира. Вам нужно где-то сделать некоторые предположения и упрощения, не делая его слишком простым и не теряя поведения, которое мы хотим моделировать. И я думаю, что WaPo приняли правильные решения. (Для более сложной симуляции бильярдного шара, хотя и неинтерактивной, проверьте 3blue1brown в разделе Honorable Mentions в конце) https://www.washingtonpost.com/graphics/2020/world/corona-simulator/
# 2 Бильярдный шар от Петронио Сильвы: Агентное моделирование последствий COVID-19 для здоровья и экономики
Еще одна модель бильярдного шара от Petrônio Silva и его команды, в которой они сравнивают 5 различных сценариев. Это одновременно и менее, и более интерактивно. Менее интерактивный, потому что для взаимодействия с ним вам нужно понимать Python. Однако, если вы это сделаете, он будет более интерактивным, так как вы можете сойти с ума. Еще мне нравится цитата в конце статьи, вот отрывок:
все модели неправильные, но некоторые полезны. (Джордж П. Бокс)
(Для более сложной симуляции бильярдного шара, пусть и неинтерактивной, отметьте 3blue1brown в разделе Honorable Mentions в конце)
Вот статья, которая объясняет моделирование Агентное моделирование последствий COVID-19 для здоровья и экономики: https://towardsdatascience.com/agent-based-simulation-of-covid-19-health-and- экономичные-эффекты-6aa4ae0ff397
А вот код: https://colab.research.google.com/drive/1xXyRq9DSq9kjUxu8mf6By-d2GJvzjquk
№3 Grid, основанный Кевином Симлером в его блоге Тающий асфальт: Вспышка
Кевин Симлер в своем блоге Тающий асфальт: Вспышка. Вместо того, чтобы моделировать людей в виде бильярдных шаров, он моделирует их как неподвижную квадратную ячейку в сетке. Взаимодействие с заразным потенциалом моделируется простым соседством (разделяя стороны, а не углы). Я бы назвал эту сетку / решетку / ячейку / пиксель / растр / клеточные автоматы / Игра жизни Конвея / метод конечных элементов. Самое интересное, что даже когда он придумывает совершенно другую модель и предположения, он приходит к аналогичным выводам с моделью бильярдного шара.
Есть много параметров, с которыми можно поиграть, но не слишком много. И весь пост в блоге действует как учебник, который знакомит вас с параметрами (читай: игровой механикой) один за другим. Вот ссылка: https://meltingasphalt.com/interactive/outbreak/
№4 по сетке от Washington Post: Как заканчиваются эпидемии, такие как COVID-19 (и как их покончить быстрее)
Очень похоже на Melting Asphalt, гораздо менее интерактивный, но с одним ключевым отличием - гексагональной сеткой. Хотя проще кодировать, использование квадратной сетки вызывает множество проблем, например, как она распространяется как ромб (если вы используете 4-соседние элементы) или квадрат (если вы используете 8-соседей). Короче говоря, шестигранник лучше подходит для моделирования в целом, потому что это наиболее круглая форма, которая может замостить пространство. Подробнее об этом можно прочитать здесь и здесь.
Вот ссылка на статью: https://www.washingtonpost.com/graphics/2020/health/coronavirus-how-epidemics-spread-and-end/
# 5 Сеть от R2D3: Разобраться в COVID19 с помощью моделирования
R2D3 - отличный сайт. Я знаю их, потому что я преподаю машинное обучение, и в нем есть отличные ресурсы, которые визуализируют деревья решений и компромисс между смещением и дисперсией. Поэтому, когда я увидел, что они проводят симуляцию COVID-19, мне нужно это проверить, и я не разочарован.
Это более интересная симуляция, поскольку сеть - это фактические структуры, которые использует эпидемиолог, а не бильярдный шар или сетка. Официальная терминология сеть называется графы. Но это не относится к диаграмме, которую неспециалист также называют графиком. (Если не ошибаюсь, знаменитая игра Plague Inc также использует граф в качестве базовой модели). Вот ссылка на статью: http://www.r2d3.us/covid-19/
# 6 Дифференциальные уравнения Габриэля Го: Эпидемический калькулятор
Все симуляции на данный момент могут быть сгруппированы в Агентную модель, где мы моделируем болезни на уровне отдельного человека (читай: агента). Но это не единственный способ делать что-то. Мы могли бы сделать это на уровне подгруппы населения. Именно это и пытается сделать модель SIR (Susceptible, Infectious, Recovered). В SIR передача между субпопуляциями моделируется с помощью дифференциальных уравнений. (Чтобы узнать больше о модели SIR, проверьте ссылки на Numberphile в разделе Honorable Mentions в конце.)
Обратите внимание, что SIR - это полноценная модель академического уровня. Здесь реализован вариант SIR под названием SEIR (Susceptible, Exposed, Infected, Removed). Вот ссылка: http://gabgoh.github.io/COVID/index.html
# 7 Дифференциальные уравнения Элисон Хилл: Моделирование распространения COVID-19 в зависимости от возможностей здравоохранения
Другая реализация модели SEIR для второго мнения к вышеизложенному. (Чтобы узнать больше о модели SIR, проверьте ссылки на Numberphile в разделе Honorable Mentions в конце.) Вот ссылка: «https://alhill.shinyapps.io/COVID19seir/?fbclid=IwAR2aXJT79M2AmZxMdy8jsiEuSC4i7ijU4dAv6o
# Бонус
Потому что я не проводил исчерпывающего исследования, прежде чем написать это.
Еще одна модель SIR, спасибо / u / curious-b от reddit за информацию: https://covid19-scenarios.org/
Почетные упоминания
Это связанные вещи, которые не являются интерактивными онлайн-моделями:
Более сложные бильярдные шары от 3blue1brown: Имитация эпидемии
Как и ожидалось, 3b1b провел потрясающие симуляции с новыми функциями, такими как разделение населения на изолированную географическую область, центр города и использование силы отталкивания для имитации социального дистанцирования. К сожалению, это не интерактивно. Во всяком случае, вот ссылка: https://www.3blue1brown.com/videos-blog/simulating-an-epidemic
График от Ndemic Creations: Plague Inc
Это мое безумное предположение. Но я думаю, что знаменитая игра Plague Inc использует графическое моделирование, подобное упомянутому выше R2D3. Https://www.ndemiccreations.com/en/22-plague-inc
Понимание модели SIR от Numberphile: Кривая коронавируса
В двух симуляциях используется модель SIER, основанная на модели SIR, с предположением, что аудитория знакома с ней. Если вы не Numberphile, у вас есть отличные видеоролики, объясняющие, что модель делает, а что нет.
Предостережения в отношении моделей SIER от FiveThirtyEight: Почему так чертовски сложно создать хорошую модель COVID-19
Последние 2 модели отличаются друг от друга. Они пытаются использовать числа из реального мира. И с этим есть много проблем. Эта статья представляет собой хорошее резюме того, почему трудно дать точную оценку фактических цифр для использования в этих моделях, а также хороший обзор того, насколько сложной может быть модель. Вот ссылка https://fivethirtyeight.com/features/why-its-so-freaking-hard-to-make-a-good-covid-19-model/
Помимо модели Томаса Пуэйо: Молот и танец
Теперь, когда вы усвоили динамику эпидемий, вы можете лучше понимать, когда другие люди говорят о стратегиях борьбы с ними. Хорошим примером такой стратегии является эта статья: https://medium.com/@tomaspueyo/coronavirus-the-hammer-and-the-dance-be9337092b56
За рамками модели Наш мир в данных: Статистика и исследования
Опять же, с более глубоким, более интуитивным пониманием уровня данные теперь должны иметь больше смысла. Вот хороший и подробный анализ данных: https://ourworldindata.org/coronavirus
Бесстыдная самореклама
Еще я попробовала заняться моделированием COVID-19. Мои предыдущие похожие сообщения:
- COVID19: Отслеживание фактора роста, ежедневные новые случаи и где их найти. (мир, Австралия, Виктория)
- Беспорядок в реальных данных: отслеживание фактора роста COVID19 с помощью логистической функции.
- Беспорядок в реальных данных 2: Сравнение факторов роста между странами.
Ссылки и благодарности
Источники всех изображений указаны в подписи.
Ссылки на каждый источник доступны в соответствующих рубриках.
Спасибо Phillip Luong за то, что познакомил меня с моделью SIR и некоторыми из приведенных выше ссылок.
