The COVID-19 pandemic represents the most significant public health disaster since the 1918 influenza pandemic. During pandemics such as COVID-19, timely and reliable spatio-temporal forecasting of epidemic dynamics is crucial. Deep learning-based time series models for forecasting have recently gained popularity and have been successfully used for epidemic forecasting. Here we focus on the design and analysis of deep learning-based models for COVID-19 forecasting. We implement multiple recurrent neural network-based deep learning models and combine them using the stacking ensemble technique. In order to incorporate the effects of multiple factors in COVID-19 spread, we consider multiple sources such as COVID-19 confirmed and death case count data and testing data for better predictions. To overcome the sparsity of training data and to address the dynamic correlation of the disease, we propose clustering-based training for high-resolution forecasting. The methods help us to identify the similar trends of certain groups of regions due to various spatio-temporal effects. We examine the proposed method for forecasting weekly COVID-19 new confirmed cases at county-, state-, and country-level. A comprehensive comparison between different time series models in COVID-19 context is conducted and analyzed. The results show that simple deep learning models can achieve comparable or better performance when compared with more complicated models. We are currently integrating our methods as a part of our weekly forecasts that we provide state and federal authorities.


翻译:1918年流感大流行以来,COVID-19大流行是最严重的公共卫生灾难。在COVID-19大流行期间,及时和可靠地对流行病动态进行时空预报至关重要。深入学习的预测时间序列模型最近越来越受欢迎,并被成功地用于流行病预报。我们在这里着重设计和分析COVID-19大流行的深层次学习模型。我们采用多种经常性神经网络深度学习模型,并使用堆叠式混合技术将这些模型结合起来。为了将多种因素的影响纳入COVID-19大流行期间,我们考虑多种来源,如COVID-19确认和死亡案例统计数据,并测试数据,以更好地预测。为了克服培训数据的广度和应对疾病的动态关联,我们建议对COVI19大流行的深度预测进行集群培训。我们采用的方法可以查明某些区域群体因各种时空效应而出现的类似趋势。我们研究拟议的每周预测COVI-19新病例的方法,为了在县、州和州一级预测COVI新案例,我们考虑多种来源,例如COVI和死亡案例统计和死亡案例计数数据,并测试数据,以便更好地预测;为了克服培训数据紧张的联邦一级,我们目前采用比较的系列模型,可以进行比较,我们进行更复杂的进度模型进行比较。我们进行比较,这样进行比较的联邦一级,我们进行比较的周期模型,以便进行比较,以便进行比较比较。我们进行比较了比较。我们进行比较了比较。我们进行比较了比较了比较了比较的周期模型,比较。

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