The COVID-19 pandemic continues to have major impact to health and medical infrastructure, economy, and agriculture. Prominent computational and mathematical models have been unreliable due to the complexity of the spread of infections. Moreover, lack of data collection and reporting makes modelling attempts difficult and unreliable. Hence, we need to re-look at the situation with reliable data sources and innovative forecasting models. Deep learning models such as recurrent neural networks are well suited for modelling spatiotemporal sequences. In this paper, we apply recurrent neural networks such as long short term memory (LSTM), bidirectional LSTM, and encoder-decoder LSTM models for multi-step (short-term) COVID-19 infection forecasting. We select Indian states with COVID-19 hotpots and capture the first (2020) and second (2021) wave of infections and provide two months ahead forecast. Our model predicts that the likelihood of another wave of infections in October and November 2021 is low; however, the authorities need to be vigilant given emerging variants of the virus. The accuracy of the predictions motivate the application of the method in other countries and regions. Nevertheless, the challenges in modelling remain due to the reliability of data and difficulties in capturing factors such as population density, logistics, and social aspects such as culture and lifestyle.


翻译:COVID-19大流行继续对健康和医疗基础设施、经济和农业产生重大影响,由于感染传播的复杂性,显著的计算和数学模型不可靠;此外,缺乏数据收集和报告使得建模尝试困难和不可靠;因此,我们需要用可靠的数据来源和创新的预测模型重新审视情况;反复的神经网络等深层次学习模型非常适合模拟时空序列;在本文中,我们采用诸如长期记忆(LSTM)、双向LSTM和用于多步(短期)COVID-19感染预测的编码解码LSTM模型等经常性神经网络;我们选择具有COVID-19热点的印度州,捕捉第一波(2020年)和第二波(2021年)的感染,并提前两个月作出预测;我们的模型预测说,2021年10月和11月又一波感染的可能性很低;然而,当局需要警惕这种病毒的新兴变异。 预测的准确性预测促使在其他国家和各地区采用这种方法,作为人口密度的模型和生活方式方面的可靠性数据,但在其他国家和地区中仍然存在着各种挑战。

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