仿真系統(tǒng)助力科學(xué)施策
來源:人民網(wǎng)-人民日?qǐng)?bào)
隔離檢測(cè)、旅行限制、啟用定點(diǎn)醫(yī)院、發(fā)放防疫物資……當(dāng)一場(chǎng)大流行病突如其來時(shí),如何精準(zhǔn)把握這些防控政策的時(shí)度效,最大程度減少各項(xiàng)損失?傳染病仿真系統(tǒng)正逐漸成為一個(gè)重要工具,引起各國(guó)重視。
作為一種常見研究手段,仿真在諸多科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。通過對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的簡(jiǎn)化,它可以解釋數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)行動(dòng)。當(dāng)傳染病暴發(fā)時(shí),我們也能基于各項(xiàng)數(shù)據(jù)建模,估算出它的傳染速度、危險(xiǎn)程度等,為開展應(yīng)急處置策略提供依據(jù),對(duì)干預(yù)措施開展成本效益分析。早在1927年,傳染病學(xué)領(lǐng)域就提出了經(jīng)典的“倉室模型”,基于數(shù)學(xué)邏輯方法和語言,根據(jù)是否感染、康復(fù)等標(biāo)準(zhǔn),將不同類型的人群分為不同“倉室”,針對(duì)人群在不同倉室間的轉(zhuǎn)移概率,使用微分方程來建模求解,進(jìn)而完成相關(guān)估計(jì)和預(yù)測(cè)。
不過,現(xiàn)實(shí)情況往往比模型復(fù)雜得多??v觀人類發(fā)展史,可以說是一部人類與傳染病做斗爭(zhēng)的歷史。城鎮(zhèn)化加快、國(guó)際經(jīng)貿(mào)發(fā)展、社會(huì)交往增加等,使傳染病傳播的速度更快、范圍更廣、危害也更大,迫切需要對(duì)其進(jìn)行更加精確的模擬。
隨著信息時(shí)代的到來,海量數(shù)據(jù)得到收集與儲(chǔ)存,計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力不斷提高,“基于個(gè)體模型”應(yīng)運(yùn)而生。與“倉室模型”將人群粗分為幾大類不同,這是結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)世界的一個(gè)“仿真建?!保缤瑸檎鎸?shí)世界打造一個(gè)沙盤。它將每個(gè)人視為獨(dú)立的對(duì)象,通過模擬微觀層面的個(gè)體行為,例如人與人或環(huán)境之間的接觸、感染后的病程等,自下而上地對(duì)宏觀層面的復(fù)雜動(dòng)態(tài)進(jìn)行詮釋,推演出系統(tǒng)的宏觀結(jié)果。
除了透視當(dāng)下復(fù)雜動(dòng)態(tài),仿真模型還可以把時(shí)鐘調(diào)撥到過去或未來,通過復(fù)盤已發(fā)生事件來溯源問題癥結(jié),或者通過預(yù)判即將發(fā)生的事情來防患于未然。比如,可依據(jù)真實(shí)的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)生成虛擬城市,模擬病毒在城市中的傳播,仿真出停工、停學(xué)、擴(kuò)大社交距離等各項(xiàng)手段的效果,為科學(xué)施策提供依據(jù)。
沙盤越逼真,提供的防控建議越可靠。因此,基于個(gè)體的仿真模型要真正發(fā)揮效果,提高仿真質(zhì)量是關(guān)鍵。疫情分析系統(tǒng)主要由模型和數(shù)據(jù)兩部分組成。在大數(shù)據(jù)時(shí)代,除了關(guān)注分析模型外,科學(xué)家們?cè)絹碓街匾晹?shù)據(jù)真?zhèn)?、精度、可信度等問題,通過利用多源信息融合等技術(shù)去粗取精、去偽存真,為模型輸入更高質(zhì)量的數(shù)據(jù),提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
對(duì)全球性流行病建模,國(guó)際科學(xué)合作尤為重要。進(jìn)行全球范圍的疫情仿真,需要各國(guó)積極分享感染率、海陸空交通流量等信息,為跨國(guó)旅行的模擬及限流措施的制定提供更全面的數(shù)據(jù)。不同國(guó)家在制定自身防控政策時(shí)也可以參考使用仿真系統(tǒng)。目前,我們團(tuán)隊(duì)的建模研究成果已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織的新冠肺炎疫情數(shù)據(jù)庫收錄,為支持全球抗疫工作貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧。
(作者單位:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所)
《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2021年02月19日 16 版)