A novel online multi-task learning for COVID-19 multi-output spatio-temporal prediction

自相关 计算机科学 任务(项目管理) 人工智能 滞后 空间分析 概念漂移 2019年冠状病毒病(COVID-19) 机器学习 特征(语言学) 深度学习 时间序列 依赖关系(UML) 多任务学习 数据挖掘 模式识别(心理学) 统计 数据流挖掘 数学 工程类 医学 计算机网络 语言学 哲学 疾病 系统工程 病理 传染病(医学专业)
作者
Zipeng Wu,Chu Kiong Loo,Unaizah Obaidellah,Kitsuchart Pasupa
出处
期刊:Heliyon [Elsevier]
卷期号:9 (8): e18771-e18771
标识
DOI:10.1016/j.heliyon.2023.e18771
摘要

In light of the ongoing COVID-19 pandemic, predicting its trend would significantly impact decision-making. However, this is not a straightforward task due to three main difficulties: temporal autocorrelation, spatial dependency, and concept drift caused by virus mutations and lockdown policies. Although machine learning has been extensively used in related work, no previous research has successfully addressed all three challenges simultaneously. To overcome this challenge, we developed a novel online multi-task regression algorithm that incorporates a chain structure to capture spatial dependency, the ADWIN drift detector to adapt to concept drift, and the lag time series feature to capture temporal autocorrelation. We conducted several comparative experiments based on the number of daily confirmed cases in 20 areas in California and affiliated cities. The results from our experiments demonstrate that our proposed model is superior in adapting to concept drift in COVID-19 data and capturing spatial dependencies across various regions. This leads to a significant improvement in prediction accuracy when compared to existing state-of-the-art batch machine learning methods, such as N-Beats, DeepAR, TCN, and LSTM.

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