Infectious diseases remain among the top contributors to human illness and death worldwide, among which many diseases produce epidemic waves of infection. The unavailability of specific drugs and ready-to-use vaccines to prevent most of these epidemics makes the situation worse. These force public health officials and policymakers to rely on early warning systems generated by reliable and accurate forecasts of epidemics. Accurate forecasts of epidemics can assist stakeholders in tailoring countermeasures, such as vaccination campaigns, staff scheduling, and resource allocation, to the situation at hand, which could translate to reductions in the impact of a disease. Unfortunately, most of these past epidemics exhibit nonlinear and non-stationary characteristics due to their spreading fluctuations based on seasonal-dependent variability and the nature of these epidemics. We analyse a wide variety of epidemic time series datasets using a maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) based autoregressive neural network and call it EWNet model. MODWT techniques effectively characterize non-stationary behavior and seasonal dependencies in the epidemic time series and improve the nonlinear forecasting scheme of the autoregressive neural network in the proposed ensemble wavelet network framework. From a nonlinear time series viewpoint, we explore the asymptotic stationarity of the proposed EWNet model to show the asymptotic behavior of the associated Markov Chain. We also theoretically investigate the effect of learning stability and the choice of hidden neurons in the proposal. From a practical perspective, we compare our proposed EWNet framework with several statistical, machine learning, and deep learning models. Experimental results show that the proposed EWNet is highly competitive compared to the state-of-the-art epidemic forecasting methods.


翻译:传染病仍然是造成全世界人类疾病和死亡的最主要因素,其中有许多疾病造成流行病的流行浪潮; 由于缺乏特定药品和随时可用疫苗来预防大多数流行病,使情况更加糟糕; 这些疾病迫使公共卫生官员和决策者依赖可靠和准确的流行病预测所产生的预警系统; 对流行病的准确预测可以帮助利益攸关方根据当前情况制定对策,例如疫苗接种运动、工作人员时间安排和资源分配,这些对策可以转化为减少疾病的影响; 不幸的是,过去这些流行病大多表现出非线性和非静态的特征,因为它们根据季节性网络变化和这些流行病的性质而传播波动; 我们利用以最大重叠的离散波变(MODWT)为基础的自动反向神经网络网络模型,分析广泛的流行病时间系列数据集; MODWT技术有效地将非常态行为和季节性依赖性神经神经系统系列的影响转化为实际性时间序列,改进拟议内不线性神经网络结构的不线性预测计划; 从可移动的网络波动变化变化和这些变化网络的性质,我们分析一系列的移动性动态数据序列,同时展示了我们提议的统计系统学习模式中的一些趋势。

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