We propose a mathematical model based on probability theory to optimize COVID-19 testing by a multi-step batch testing approach with variable batch sizes. This model and simulation tool dramatically increase the efficiency and efficacy of the tests in a large population at a low cost, particularly when the infection rate is low. The proposed method combines statistical modeling with numerical methods to solve nonlinear equations and obtain optimal batch sizes at each step of tests, with the flexibility to incorporate geographic and demographic information. In theory, this method substantially improves the false positive rate and positive predictive value as well. We also conducted a Monte Carlo simulation to verify this theory. Our simulation results show that our method significantly reduces the false negative rate. More accurate assessment can be made if the dilution effect or other practical factors are taken into consideration. The proposed method will be particularly useful for the early detection of infectious diseases and prevention of future pandemics. The proposed work will have broader impacts on medical testing for contagious diseases in general.


翻译:我们提议了一个基于概率理论的数学模型,以优化COVID-19试验,采用多步分批检验方法,分批量大小各异,该模型和模拟工具以低成本,特别是在低感染率的情况下,大大提高了在大量人口中进行试验的效率和功效;拟议方法将统计模型与数字方法结合起来,解决非线性方程,在每一步试验中获得最佳分批体积,灵活地纳入地理和人口信息;理论上,这种方法大大改进了假正率和正预测值;我们还进行了蒙特卡洛模拟,以核实这一理论;我们的模拟结果显示,我们的方法大大降低了假负率;如果考虑到消化效应或其他实际因素,可以进行更准确的评估;拟议方法将特别有助于及早发现传染性疾病和预防未来的流行病;拟议工作将对一般传染病的医学测试产生更广泛的影响。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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