本文来自微信民众号： 新智元（ID： AI_era），作者：张佳，题图来自：视觉中国

全球新冠肺炎确诊病例已破百万！对于这次疫情，我们心中有千千万万个问题，为了回覆这些问题，全天下的科学家们纷纷建模展望，而这些展望，也成为决议者制订应对措施的要害。今天为人人送上Nature稀奇讲述：推动天下响应COVID-19的模拟。

全球新冠肺炎确诊病例已破百万！

停止发稿，全球累计新冠肺炎确诊病例已经跨越一百万人，其中美国确诊人数超24万位列第一，意大利、西班牙均超11万位列二、三位。

此时此刻，我们都想知道，疫情何时竣事？最后会有多少人损失？而想要知道这些问题的谜底，模子展望是一种方式。

日前，Nature公布了一个针对这次疫情的稀奇讲述，把目的锁定在了全球科学家们不停举行的COVID-19模拟。

地址：https://www.nature.com/articles/d41586-020-01003-6

帝国理工模子展望：不接纳措施，英国或殒命超50万人、美国或殒命220万人

3月中旬，帝国理工学院通过模子模拟了新冠病毒在英国人口中的快速流传，若是政府不接纳行动，可能会有跨越50万人殒命，宰衡 Boris Johnson 险些立刻宣布了对人们行动的新的严酷限制。

同样的模子解释，若是不接纳行动，美国可能会面临220万人殒命，白宫也立马接纳相应措施。

英（橙）美（蓝）每10万人逐日殒命人数模子

天下各国政府正依赖数学展望来辅助指导应对这一盛行病的决议。 伦敦帝国理工学院的数学盛行病学家Neil Ferguson指出，计算机模拟只占模子团队在危急中举行的数据剖析的一小部门，但它们在决议中越来越主要。

英国盛行病学家Neil Ferguson

然则，正如Ferguson和其他建模者所忠告的那样，关于SARS-CoV-2若何流传的许多信息仍然是未知的，必须举行估量或假设，这限制了展望的准确性。例如，帝国理工模子的早期版本估量，SARS-CoV-2的严重水平将与流感相当，因此必须让熏染者住院治疗。效果证实是错误的。

在这次大盛行中，模拟的真正显示可能在几个月或几年之后就会变得晴朗。然则，要领会COVID-19模子的价值，要害是要知道它们是若何确立的，以及它们是确立在哪些假设之上的。“我们正在构建对现实的简化表达。模特不是水晶球，”Ferguson说。

新冠肺炎基本展望模子有哪些？

许多模拟疾病流传方式的模子对于已经生长了多年的各个学术团体都是举世无双的。然则数学原理是相似的。

这些模子基于试图领会人们若何在三种主要状态之间移动、以及移动的速率：个体要么易受病毒熏染 (S) ，要么已被熏染 (I)，然后要么恢复健康(R)，要么殒命。R组被以为对病毒免疫，因此不能再流传熏染。具有自然免疫力的人也属于这个群体。

最简朴的 SIR 模子做出了一些基本假设，例如，每个人都有同样的机遇从一个被熏染的人身上熏染病毒，由于人群完全平均地夹杂在一起，而且患有这种疾病的人在殒命或康复之前都具有同样的传染性。 

更先进的模子能够为政策制订者在新泛起的大盛行时代举行定量展望，它们将人们按岁数、性别、健康状况、就业、接触人数等等细分为更小的群体，以确定谁在何时何地与谁碰头。

若是不接纳控制措施，中国人天天平均社会接触

通过使用有关人口规模和密度、人口岁数、交通联系、社交网络的规模以及医疗保健提供的详细信息，建模者使用微分方程来控制人口群体在空间和时间上的移动和相互作用，从而构建一个都市、区域或整个国家的虚拟副本。然后他们在这个天下上播下熏染的种子，考察事态的生长。

建模者还以差别的方式模拟人们的流动。在“基于方程”（equation-based）的模子中，个体被分成种群。然则，为了更好地反映现实，这些群体被分割成更小、更具代表性的社会子集，这些模子变得越来越庞大。 

一种替换方式是使用“基于署理”（agent-based）的方式，每个人凭据自己的特定规则移动和行动——就像电子游戏《模拟都市》系列中的模拟人物一样。

模子这么多，选择哪种最好？

帝国理工团队在这场盛行病中同时使用了基于署理和基于方程的模子。 研究小组在3月16日运行的模拟试验，通知英国政府的新型冠状病毒肺炎卫生组织应急反映，使用了一个建于2005年确立的基于署理的模子（考察若是 H5N1禽流感突酿成一个可以容易在人与人之间流传的版本，泰国会发生什么；2006年，同样的模子被用来研究英国和美国若何减轻致命流感的影响）。

3月26日，Ferguson和他的团队公布了COVID-19的全球影响展望，该展望使用了更简朴的基于方程的方式。它把人分成四组：S、E、I和R，其中“E”是指那些已经露出但还没有熏染的人。

Azra Ghani

同样在这一团队的盛行病学家Azra Ghani示意：“它们给出的总体数字大致相似。”例如，全球展望解释，若是美国纰谬该病毒接纳行动，它将有218万人殒命。相比之下，早期基于署理的模拟，在使用相同的殒命率和滋生数目假设的情况下运行，估量有220万美国人殒命。

“差别的模子各有优缺点，这取决于你想问的问题，”巴黎Pierre-Louis盛行病学与公共卫生研究所的建模师Vittoria Colizza说。

只管凭据所选的方式，展望可能不会有很大的差异，但人们自然会嫌疑这些模拟效果的可靠水平。不幸的是，在大盛行时代，很难获得数据（好比熏染率）来判断一个模子的展望。

意大利克雷莫纳一家医院的病人

为了只管削减不完整数据和错误假设的影响，建模者通常会执行数百次单独的运行，每次输入参数都市稍微调整。这种“敏感度剖析”试图防止模子输出在单个输入发生变化时猛烈摆动。Ferguson示意，为了制止过分依赖一种模子，英国政府听取了许多模子团队的建议，包罗帝国理工和LSHTM的团队。“我们都得出了类似的结论，”Ferguson说。

随着疫情生长，模子不停更新

媒体报道解释，帝国理工在3月初举行模子更新是促使英国政府改变其大盛行政策的要害因素。研究职员最初估量15% 的住院病例需要在重症监护室治疗中央（ICU）举行治疗，但厥后更新到30% ，该数字在3月16日首次公然公布时使用。该模子显示，只有4,000多张ICU病床的英国医疗服务机构将不堪重负。

伦敦的 ExCel 会议中央已经酿成了一所暂且医院

英国政府此前曾提出过一种理论，即“群体免疫”。但在看到新数据后，他们改变了方式，下令接纳社会隔离（social-distancing）措施。

批评者接着问，为什么之前没有讨论社会隔离问题？为什么没有举行普遍的测试？为什么建模者选择了15%这一数字？（由于一月份的一篇论文显示，中国有跨越30%的COVID-19患者需要接受ICU治疗）

Ferguson说，模子更新的主要性可能被强调了。他说，甚至在此之前，模子已经解释，若是完全不加以控制，新冠肺炎明年可能会杀死约50万英国公民，而且ICU将超负荷运转。咨询小组曾讨论过通过社会疏远来抑制大盛行，但官员们忧郁这只会在今年晚些时候导致更大规模的第二次疫情发作。像韩国那样的普遍测试并没有被思量，弗格森说，部门缘故原由是由于英国的卫生机构已经告诉政府照料，它们无法快速扩大测试规模。

至于中国关于 ICU 的数据，临床医生已经看过了，然则注意到似乎只有一半的病例需要有创机械通气。给了其他患者加压氧气，因此可能不需要ICU病床。基于这一点和他们的病毒性肺炎的履历，临床医生建议建模者15% 是一个更好的假设。

英国的干预措施削减了病毒的有用滋生数目

全天下应该效仿韩国的做法

随着研究职员发现有关该病毒的更多信息，他们正在更新许多其他要害变量。在3月26日关于COVID-19的全球影响的讲述，帝国理工团队将其3月16日的R0估算值上调为2.4-3.3；在3月30日关于该病毒在11个欧洲国家流传的讲述中，研究职员将其局限定为3-4.7之间。

John Edmunds

然则一些主要的信息对建模者来说仍然是隐藏的。LSHTM 的建模者John Edmunds说，一种可靠的测试方式能够看到谁被熏染而没有症状，因此可以转移到康复小组中去，这将改变模子制造者的游戏规则，并可能显著改变展望的大盛行病的流传路径。

Sunetra Gupta

为了强调需要举行这种测试，由英国理论盛行病学家Sunetra Gupta向导的英国牛津大学研究小组建议，英国有纪录的殒命模式可能相符一系列 SIR 模子，其中包罗一个假设数百万人已经被熏染，但尚未显示出任何症状的模子。 只有展现已往熏染的测试才气显示实际情况。

另有一个主要的未知数：人们对这些强制的改变将作何改变，以及这种改变是否会像科学家期望的那样削减传染性接触。例如，在中国举行的一项观察显示，武汉和上海的住民讲述说，在政府实行的社会隔离措施时代，他们与其他人的一样平常接触削减了7到9倍。

帝国理工研究小组示意，在熏染病例殒命率到达每周每10万人0.2例之前，若是所有国家都接纳严酷的社会隔离、检测和隔离确诊病例的计谋，那么到今年年底，新冠肺炎的全球殒命总数可能会削减到190万例以下。Ferguson在3月25日示意，英国的反映让他“有理由信赖” ，英国的殒命总人数将控制在2万以下。

Ferguson示意，整个欧洲的全国性封锁已经在起劲削减SARS-CoV-2的流传，正如预期的那样。但对于那些忧郁本国经济和被封锁的公民身心健康的国家来说，社会隔离还要维持多久是一个大问题。现在，保持社交距离将削减病毒的流传，但一个帝国理工的模子显示，排除这些措施可能会使今年晚些时候或明年泛起第二波大盛行。

帝国理工第二波大盛行展望模子

Ferguson说，他希望各国在实践中能够效仿韩国的做法。韩国通过大量测试和追踪熏染者的接触者，成功地实行了较为宽松的社会隔离政策。只有在排除封锁限制时亲切监测各区域（正如中国湖北省现在所做的那样) ，才气为建模职员提供展望大盛行历久殒命人数所需的信息。

本文来自微信民众号： 新智元（ID： AI_era），作者：张佳