Modelling the transmission dynamics of an infectious disease is a complex task. Not only it is difficult to accurately model the inherent non-stationarity and heterogeneity of transmission, but it is nearly impossible to describe, mechanistically, changes in extrinsic environmental factors including public behaviour and seasonal fluctuations. An elegant approach to capturing environmental stochasticity is to model the force of infection as a stochastic process. However, inference in this context requires solving a computationally expensive ``missing data" problem, using data-augmentation techniques. We propose to model the time-varying transmission-potential as an approximate diffusion process using a path-wise series expansion of Brownian motion. This approximation replaces the ``missing data" imputation step with the inference of the expansion coefficients: a simpler and computationally cheaper task. We illustrate the merit of this approach through two examples: modelling influenza using a canonical SIR model, and the modelling of COVID-19 pandemic using a multi-type SEIR model.


翻译:建立传染病传播动态模型是一项复杂的任务,不仅难以精确地模拟传播固有的非常态性和异质性,而且几乎不可能机械地描述外部环境因素的变化,包括公共行为和季节性波动。捕捉环境随机性的优雅方法是将感染力模拟为一种随机过程。然而,在这方面的推论要求利用数据放大技术解决一个计算成本高昂的“失传数据”问题。我们提议用布朗运动的路径序列扩展来模拟时间变化的传播潜力,作为大致传播过程。这种近似用扩展系数的推论取代“流出数据”的推理步骤:一个更简单、计算更便宜的任务。我们通过两个例子来说明这一方法的优点:用罐头型SIR模型模拟流感,以及使用多型SEIR模型模拟COVID-19流行病。

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