Łączenie modeli w celu poprawy prognoz COVID-19

Wkrótce po rozpoczęciu pandemii naukowcy z Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) i Karlsruhe Institute of Technology (KIT) opracowali platformę internetową, aby połączyć krótkoterminowe prognozy przypadków i zgonów COVID-19 w Niemczech i Polsce z wkład wielu niezależnych zespołów modelarskich. Naukowcy opublikowali teraz swoje wyniki z systematycznego badania ewaluacyjnego w czasopiśmie o otwartym dostępie Komunikacja przyrodnicza. Wyniki: Łączenie różnych modeli prowadzi do lepszych prognoz, ale przewidywanie COVID-19 pozostaje poważnym wyzwaniem.

Czasami można uzyskać wyraźniejszy obraz, łącząc różne podejścia. Naukowcy z niemiecko-polskiego centrum prognoz COVID-19 wybrali to podejście, oceniając mocne i słabe strony modeli prognostycznych i oceniając, czy można poprawić prognozy zespolone w porównaniu z prognozami pojedynczego modelu.

Centrum: przejrzyste i uczciwe porównanie

„Stworzyliśmy platformę porównawczą dla różnych modeli i promowaliśmy wymianę między zespołami zajmującymi się modelowaniem w celu ulepszenia poszczególnych modeli i połączonej prognozy jako całości”, mówi Melanie Schienle, profesor statystyki i ekonometrii w KIT, a obecnie naukowiec wizytujący w KIT. HITS, który kieruje zespołem projektowym wraz z Tilmannem Gneitingiem z grupy Computational Statistics w HITS. Forecast Hub przyjmuje podejście oparte na otwartej nauce. Ocenia prognozy i przechowuje całą historię wyników modelu. „Z perspektywy czasu modele często wyglądają trochę lepiej niż są i chcieliśmy uniknąć tych pułapek” – dodaje Johannes Bracher (HITS and KIT), pierwszy autor badania. „Z góry publicznie ustaliliśmy zasady porównań, podobnie jak w przypadku badań farmaceutycznych lub medycznych”.

Więcej niż suma jego części: prognozy zespołowe radzą sobie lepiej

Okres studiów, w którym raportował zespół Komunikacja przyrodnicza obejmuje początek drugiej fali w Niemczech i Polsce od 12 października do 19 grudnia 2020 r. Okres ten charakteryzuje się intensyfikacją interwencji pozafarmaceutycznych, co w konsekwencji doprowadziło do spadku zachorowań w Polsce oraz plateau i ponownego wzrostu zachorowań w Niemczech. Trzynaście niezależnych zespołów dostarczyło w czasie rzeczywistym probabilistyczne prognozy przypadków i zgonów COVID-19 dla czasów realizacji od jednego do czterech tygodni. Ogólnie rzecz biorąc, przewidywania zespołowe wypadły dobrze – szczególnie w odniesieniu do ilościowego określania niepewności – i generalnie były na równi z najlepszymi przewidywaniami pojedynczego modelu. Ponadto ich występy różniły się mniej w poszczególnych tygodniach.

„Dlatego wyraźnie widzimy korzyści płynące z tego podejścia opartego na współpracy, które zapewnia bardziej stabilną wydajność” — mówi Johannes Bracher. „To jak słynny cytat Arystotelesa: „Całość jest większa niż suma jej części”.

Prognozy: kwestia niepewności

Oceny podkreślają również fakt, że COVID-19 nadal jest bardzo trudny do przewidzenia, a prognoza zespołowa czasami zawodzi. „Ogólnie rzecz biorąc, przewidywania dotyczące modeli były bardzo niejednorodne, tak że różne modele w ogóle nie zgadzały się co do tego, co będzie dalej”, dodaje Melanie Schienle. „Patrząc na różne prognozy razem, możemy bardziej realistycznie ocenić stopień niepewności”.

Niemieckie i polskie centrum prognoz COVID-19 zostało zainspirowane Centrum prognoz COVID-19 w USA, amerykański projekt, w który od samego początku aktywnie uczestniczyli Johannes Bracher i Tilmann Gneiting. Od marca 2021 r. niemieckie i polskie huby prognoz COVID-19 są sukcesywnie integrowane z nową europejską platformą – Europejskie centrum prognoz COVID-19—Zarządzane przez Europejskie Centrum Zapobiegania i Kontroli Chorób oraz Londyńską Szkołę Higieny i Medycyny Tropikalnej.

Badanie zostało opublikowane w Komunikacja przyrodnicza.

Dostarczone przez Instytut Studiów Teoretycznych w Heidelbergu