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, health care providers, 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 (e.g., dengue, malaria, hepatitis, influenza, and most recent, Covid-19) exhibit nonlinear and non-stationary characteristics due to their spreading fluctuations based on seasonal-dependent variability and the nature of these epidemics. We analyze a wide variety of epidemic time series datasets using a maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) based autoregressive neural network and call it EWNet. MODWT techniques effectively characterize non-stationary behavior and seasonal dependencies in the epidemic time series and improve the 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 proposed EWNet model. From a practical perspective, we compare our proposed EWNet framework with several statistical, machine learning, and deep learning models that have been previously used for epidemic forecasting.


翻译:传染病仍然是全世界人类疾病和死亡的最主要促成因素,其中有许多疾病造成神经系统感染浪潮; 由于缺乏特定药品和随时可用疫苗来预防大多数这类流行病,情况更加恶化; 公共卫生官员、保健提供者和决策者不得不依靠可靠和准确的流行病预测所产生的预警系统; 流行病的准确预测可以帮助利益攸关方根据当前情况调整对策,如疫苗接种运动、工作人员时间安排和资源分配等,这些对策可以转化为实际减少一种疾病的影响。 不幸的是,大多数过去的流行病(例如登革、疟疾、肝炎、流感和最近的Covid-19)缺乏具体的药品和随时可用疫苗来预防这些流行病,使情况更加恶化。 这些流行病迫使公共卫生官员、保健提供者和决策者依赖根据季节性变化和这些流行病的性质而建立起来的预警系统; 我们利用最大重叠的离心波变(MODWT)来分析广泛的流行病时间序列数据集,据此可以使基于自动递增型神经网络的拟议模型网络,称为EWNet。 MODWT技术有效地将流行病时间序列中拟议的不固定行为和季节性依赖性统计结构框架、从时间系统变变变变的系统,并改进了ANS号系列系列的系统预测计划。

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