Efficient contact tracing and isolation is an effective strategy to control epidemics. It was used effectively during the Ebola epidemic and successfully implemented in several parts of the world during the ongoing COVID-19 pandemic. An important consideration while implementing manual contact tracing is the number of contact tracers available -- the number of such individuals is limited for socioeconomic reasons. In this paper, we present a Markov Decision Process (MDP) framework to formulate the problem of efficient contact tracing that reduces the size of the outbreak while using a limited number of contact tracers. We formulate each step of the MDP as a combinatorial problem, MinExposed. We demonstrate that MinExposed is NP-Hard, so we develop an LP-based approximation algorithm. Though this algorithm directly solves MinExposed, it is often impractical in the real world due to information constraints. To this end, we develop a greedy approach based on insights from the analysis of the previous algorithm, which we show is more interpretable. A key feature of the greedy algorithm is that it does not need complete information of the underlying social contact network. This makes the heuristic implementable in practice and is an important consideration. Finally, we carry out experiments on simulations of the MDP run on real-world networks, and show how the algorithms can help in bending the epidemic curve while limiting the number of isolated individuals. Our experimental results demonstrate that the greedy algorithm and its variants are especially effective, robust, and practical in a variety of realistic scenarios, such as when the contact graph and specific transmission probabilities are not known. All code can be found in our GitHub repository: https://github.com/gzli929/ContactTracing.
翻译:高效的接触追踪和隔离是控制流行病的有效战略。在埃博拉疫情期间,它得到有效利用,并在正在发生的COVID-19大流行期间在世界若干地区得到成功实施。在进行人工接触追踪时,一个重要的考虑因素是可利用的接触追踪器数量 -- -- 这些人的人数因社会经济原因有限。在本文件中,我们提出了一个Markov 决策程序框架,以制定高效接触追踪问题,从而减少爆发规模,同时使用数量有限的接触追踪器。我们把MDP的每一个步骤都设计成一个组合问题,即MinExplosed。我们证明MinExplaced是NP-Hard,因此我们开发了基于LP的近似算法。虽然这种算法直接解决了MinExplosed,但由于信息限制,在现实世界中往往不切实际。我们根据对先前算法的分析,形成了一种贪婪的方法,我们所展示的是,贪婪的算法是,它不需要完整的社会接触网络的精细信息。这在实践中是可操作的,我们开发的直径直径,而在实际的路径上,我们所发现的MDP的路径上,我们是如何模拟了我们所了解的具体的路径,在现实的路径上可以显示的是,我们是如何在现实的路径上的路径上,我们所发现的。最后的路径上,我们是如何在现实的路径上,我们是如何在实验中,我们所找到的。我们是如何在现实的路径上,我们是如何在现实的路径上,我们所找到的路径上,我们是如何的。我们所找到的。我们所找到的。我们所找到的。我们所找到的。 。我们是如何在现实的路径上的路径上的路径上的。我们是如何在在在现实的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的。我们是如何在现实的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的。我们是, 。我们是,我们在在在在在在我们的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上的路径上,我们是,我们是,我们是,我们在在在在在我们的路径上的路径上的路径上的。最后的。最后的。我们在在在在我们的路径上的路径上的路径上的路径上,我们在在在在在