A study of changes in the transmission of a disease, in particular, a new disease like COVID-19, requires very flexible models which can capture, among others, the effects of non-pharmacological and pharmacological measures, changes in population behaviour and random events. In this work, we give priority to data-driven approaches and choose to avoid a priori and ad-hoc methods. We introduce a generalised family of epidemiologically informed mechanistic models, guided by Ordinary Differential Equations and embedded in a probabilistic model. The mechanistic models SIKR and SEMIKR with K Infectious and M Exposed sub-compartments (resulting in non-exponential infectious and exposed periods) are enriched with a time-dependent transmission rate, parametrized using Bayesian P-splines. This enables an extensive flexibility in the transmission dynamics, with no ad-hoc intervention, while maintaining good differentiability properties. Our probabilistic model relies on the solutions of the mechanistic model and benefits from access to the information about under-reporting of new infected cases, a crucial property when studying diseases with a large fraction of asymptomatic infections. Such a model can be efficiently differentiated, which facilitates the use of Hamiltonian Monte Carlo for sampling from the posterior distribution of the model parameters. The features and advantages of the proposed approach are demonstrated through comparison with state-of-the-art methods using a synthetic dataset. Furthermore, we successfully apply our methodology to the study of the transmission dynamics of COVID-19 in the Basque Country (Spain) for almost a year, from mid February 2020 to the end of January 2021.


翻译:对疾病传播变化的研究,特别是诸如COVID-19(COVID-19)等新型疾病传播变化的研究,需要非常灵活的模型,这些模型除其他外能够捕捉非药物和药理措施、人口行为变化和随机事件的影响。在这项工作中,我们优先考虑数据驱动的方法,选择避免先验和临时的方法。我们引入了流行病上知情的机械模型的概括式组合,以普通差异值为指导,并嵌入一种概率模型。SICR和SEMIKR的机械模型和SEMIKR与K传染病和药理学和药理学的机械模型模型,它们能够捕捉非药物和药理学措施的影响,这些模型和SEMIKR的机械化模型模型能够捕捉到非传染病和药理学分集的影响。 利用亚伊西亚PS-P-S-Spirlines的合成方法,我们成功地运用了时间分流传播方法,从而使得传输动态动力,同时保持良好的模型的特性。 我们的精确模型模型的模型和精确性模型在2月份可以获取关于新感染案例报告的信息。

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