Mutations sometimes increase contagiousness for evolving pathogens. During an epidemic, scientists use viral genome data to infer a shared evolutionary history and connect this history to geographic spread. We propose a model that directly relates a pathogen's evolution to its spatial contagion dynamics -- effectively combining the two epidemiological paradigms of phylogenetic inference and self-exciting process modeling -- and apply this \emph{phylogenetic Hawkes process} to a Bayesian analysis of 23,422 viral cases from the 2014-2016 Ebola outbreak in West Africa. The proposed model is able to detect individual viruses with significantly elevated rates of spatiotemporal propagation for a subset of 1,610 samples that provide genome data. Finally, to facilitate model application in big data settings, we develop massively parallel implementations for the gradient and Hessian of the log-likelihood and apply our high performance computing framework within an adaptively preconditioned Hamiltonian Monte Carlo routine.


翻译:突变有时会增加进化病原体的传染性。在一次流行病期间,科学家利用病毒基因组数据推断出共同的进化历史,并将这一历史与地理分布联系起来。我们提出了一个模型,将病原体的进化与其空间传染动态直接联系起来 -- -- 有效地结合两种血原遗传引力和自我激发过程模型的流行病学范式 -- -- 并将这一模型应用于对西非2014-2016年埃博拉爆发23,422个病毒病例的巴伊西亚分析。拟议模型能够检测出提供基因组数据的1,610个样本中具有显著上升的神经时空传播率的个别病毒。最后,为了便利在大数据环境中的模型应用,我们为轨迹相似的梯度和赫斯人开发了大规模平行的实施方法,并在一个适应性先决条件的汉密尔顿·蒙特卡洛常规中应用我们的高性能计算框架。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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