Many epidemic models are naturally defined as individual-based models: where we track the state of each individual within a susceptible population. Inference for individual-based models is challenging due to the high-dimensional state-space of such models, which increases exponentially with population size. We consider sequential Monte Carlo algorithms for inference for individual-based epidemic models where we make direct observations of the state of a sample of individuals. Standard implementations, such as the bootstrap filter or the auxiliary particle filter are inefficient due to mismatch between the proposal distribution of the state and future observations. We develop new efficient proposal distributions that take account of future observations, leveraging the properties that (i) we can analytically calculate the optimal proposal distribution for a single individual given future observations and the future infection rate of that individual; and (ii) the dynamics of individuals are independent if we condition on their infection rates. Thus we construct estimates of the future infection rate for each individual, and then use an independent proposal for the state of each individual given this estimate. Empirical results show order of magnitude improvement in efficiency of the sequential Monte Carlo sampler for both SIS and SEIR models.


翻译:许多流行病模式自然被定义为以个人为基础的模型:我们追踪每个个人在易感染人群中的状况;个人模型的推论具有挑战性,因为这类模型的高度状态空间随着人口规模的增加而成倍增加;我们考虑对基于个人流行病模型进行推论的连续蒙特卡洛算法,我们直接观察个人样本的状况;标准实施,例如靴套过滤器或辅助粒子过滤器等,由于国家建议分布与未来观测之间的不匹配而效率低下;我们开发新的高效建议分配法,考虑到未来的观测,利用这些特性:(一) 我们可以分析计算单个个人的最佳建议分布,根据未来的观察结果和该个人今后的感染率;(二) 如果我们以个人感染率为条件,个人动态是独立的;因此,我们为每个人的未来感染率估算,然后对根据这一估计的每个人的状况使用独立的建议;“经验”结果显示,后继蒙特卡洛取样器在SIS和SEI模型上的效率都有提高的幅度。

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