The COVID-19 pandemic represents the most significant public health disaster since the 1918 influenza pandemic. During pandemics such as COVID-19, timely and reliable spatio-temporal forecasting of epidemic dynamics is crucial. Deep learning-based time series models for forecasting have recently gained popularity and have been successfully used for epidemic forecasting. Here we focus on the design and analysis of deep learning-based models for COVID-19 forecasting. We implement multiple recurrent neural network-based deep learning models and combine them using the stacking ensemble technique. In order to incorporate the effects of multiple factors in COVID-19 spread, we consider multiple sources such as COVID-19 testing data and human mobility data for better predictions. To overcome the sparsity of training data and to address the dynamic correlation of the disease, we propose clustering-based training for high-resolution forecasting. The methods help us to identify the similar trends of certain groups of regions due to various spatio-temporal effects. We examine the proposed method for forecasting weekly COVID-19 new confirmed cases at county-, state-, and country-level. A comprehensive comparison between different time series models in COVID-19 context is conducted and analyzed. The results show that simple deep learning models can achieve comparable or better performance when compared with more complicated models. We are currently integrating our methods as a part of our weekly forecasts that we provide state and federal authorities.


翻译:1918年流感大流行以来,COVID-19大流行是最严重的公共卫生灾难。在COVID-19大流行期间,及时和可靠地对流行病动态进行时空预报至关重要。深入学习的预测时间序列模型最近越来越受欢迎,并被成功地用于流行病预报。我们在这里着重设计和分析COVID-19大流行的深层次学习模型。我们采用多种经常性神经网络深层次学习模型,并使用堆叠式混合技术将这些模型结合起来。为了将多种因素的影响纳入COVID-19大流行期间,我们考虑多种来源,例如COVID-19测试数据和人类流动数据,以便更好地预测。为了克服培训数据的紧张性和应对疾病的动态相关性,我们建议对COVI-19大流行的深入学习模型进行集群培训,以便进行高分辨率预报。这些方法有助于我们确定某些区域群体由于各种瞬间效应而出现的类似趋势。我们研究拟议的每周预测COVI-19新案例的方法。为了在县、州和国家一级传播COVI-19大新案例,我们考虑多种来源,例如COVI-19测试数据和人类流动数据,以便更好的预测目前的复杂时间序列模型与我们进行全面比较,以便比较分析。我们比较的联邦一级比较的模型,我们进行比较了比较了比较了比较的状态和比较的状态。我们进行。我们比较了比较了一种比较的结果。

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