Dynamic Hybrid Model to Forecast the Spread of COVID-19 Using LSTM and Behavioral Models Under Uncertainty

计算机科学 2019年冠状病毒病(COVID-19) 人工神经网络 计量经济学 人工智能 机器学习 数学 医学 病理 传染病(医学专业) 疾病
作者
Seid Miad Zandavi,Taha Hossein Rashidi,Fatemeh Vafaee
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:52 (11): 11977-11989 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tcyb.2021.3120967
摘要

To accurately predict the regional spread of Covid-19 infection, this study proposes a novel hybrid model which combines a Long short-term memory (LSTM) artificial recurrent neural network with dynamic behavioral models. Several factors and control strategies affect the virus spread, and the uncertainty arisen from confounding variables underlying the spread of the Covid-19 infection is substantial. The proposed model considers the effect of multiple factors to enhance the accuracy in predicting the number of cases and deaths across the top ten most-affected countries and Australia. The results show that the proposed model closely replicates test data. It not only provides accurate predictions but also estimates the daily behavior of the system under uncertainty. The hybrid model outperforms the LSTM model accounting for limited available data. The parameters of the hybrid models were optimized using a genetic algorithm for each country to improve the prediction power while considering regional properties. Since the proposed model can accurately predict Covid-19 spread under consideration of containment policies, is capable of being used for policy assessment, planning and decision-making.

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