In the context of a pandemic like COVID-19, and until most people are vaccinated, proactive testing and interventions have been proved to be the only means to contain the disease spread. Recent academic work has offered significant evidence in this regard, but a critical question is still open: Can we accurately identify all new infections that happen every day, without this being forbiddingly expensive, i.e., using only a fraction of the tests needed to test everyone everyday (complete testing)? Group testing offers a powerful toolset for minimizing the number of tests, but it does not account for the time dynamics behind the infections. Moreover, it typically assumes that people are infected independently, while infections are governed by community spread. Epidemiology, on the other hand, does explore time dynamics and community correlations through the well-established continuous-time SIR stochastic network model, but the standard model does not incorporate discrete-time testing and interventions. In this paper, we introduce a "discrete-time SIR stochastic block model" that also allows for group testing and interventions on a daily basis. Our model can be regarded as a discrete version of the continuous-time SIR stochastic network model over a specific type of weighted graph that captures the underlying community structure. We analyze that model w.r.t. the minimum number of group tests needed everyday to identify all infections with vanishing error probability. We find that one can leverage the knowledge of the community and the model to inform nonadaptive group testing algorithms that are order-optimal, and therefore achieve the same performance as complete testing using a much smaller number of tests.


翻译:在像COVID-19这样的大流行病背景下,直到大多数人接种疫苗,积极主动的测试和干预已被证明是遏制疾病传播的唯一手段。最近学术工作在这方面提供了重要证据,但一个关键问题仍然有待解决:我们能否准确确定每天发生的所有新感染,而不必花费大量时间,也就是说,只使用测试每个人日常(全面测试)所需的零散时间测试的一小部分?在本文中,小组测试提供了一个“不固定时间识别SIR数字区块模型”的强大工具,但它并不反映感染背后的时间动态。此外,它通常假设人们是独立感染的,而感染则由社区传播来控制。另一方面,流行病学通过完善的连续时间SIR检测网络模型来探索时间动态和社区相关性,但标准模型并不包含不连续的时间测试和干预。在本文中,我们引入了“不固定时间识别SIR数字区块模型”的模型,这也允许每天进行群体测试和干预。我们的模型可以被视为一个离散的网络类型快速测试,即连续的系统测试。我们所需要的模型可以用来作为连续的系统测试。

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