During the COVID-19 pandemic, a massive number of attempts on the predictions of the number of cases and the other future trends of this pandemic have been made. However, they fail to predict, in a reliable way, the medium and long term evolution of fundamental features of COVID-19 outbreak within acceptable accuracy. This paper gives an explanation for the failure of machine learning models in this particular forecasting problem. The paper shows that simple linear regression models provide high prediction accuracy values reliably but only for a 2-weeks period and that relatively complex machine learning models, which have the potential of learning long term predictions with low errors, cannot achieve to obtain good predictions with possessing a high generalization ability. It is suggested in the paper that the lack of a sufficient number of samples is the source of low prediction performance of the forecasting models. The reliability of the forecasting results about the active cases is measured in terms of the cross-validation prediction errors, which are used as expectations for the generalization errors of the forecasters. To exploit the information, which is of most relevant with the active cases, we perform feature selection over a variety of variables. We apply different feature selection methods, namely the Pairwise Correlation, Recursive Feature Selection, and feature selection by using the Lasso regression and compare them to each other and also with the models not employing any feature selection. Furthermore, we compare Linear Regression, Multi-Layer Perceptron, and Long-Short Term Memory models each of which is used for prediction active cases together with the mentioned feature selection methods. Our results show that the accurate forecasting of the active cases with high generalization ability is possible up to 3 days only because of the small sample size of COVID-19 data.


翻译:在COVID-19大流行期间,曾多次尝试预测这种流行病的病例数和今后其他趋势,但未能以可接受的准确性可靠地预测COVID-19爆发的基本特征的中长期演变。本文解释了在这一特定预测问题中机器学习模型的失败。论文表明,简单线性回归模型提供了可靠、但仅2周的预测准确值,而相对复杂的机器学习模型具有学习长期预测和低误差的可能性,无法以高一般化特性获得良好的预测。文件指出,缺乏足够数量的样本是预测模型预测性能低的来源。关于活跃案例的预测结果的可靠性用交叉校验预测错误来衡量,这些错误是预测者一般误差的预期值。为了利用与积极案例最相关的信息,我们在各种变量中进行特征选择。我们采用不同的特征选择方法,即采用每部的准确性样本选择方法,而采用每部的精确度选择方法。

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