基于机器学习的肺结核传染病预测模型研究与实现
发布时间：2021-09-09 12:03
肺结核是由结核杆菌感染引起的一种能够在人与人之间传染的疾病。在中国所有种类的传染病中,肺结核传染病的发病数占据前列。虽然有模型能对其未来发展趋势进行预测,但是其考虑的因素有限,预测精度相对较差。随着机器学习领域中深度学习不断发展,其应用已经非常广泛。因此,使用深度学习算法来预测肺结核传染病是一个可以进行研究和应用的方向。本文通过深度学习技术对四川省各地市州肺结核传染病的发病强度以及发展趋势进行研究。同时结合相关预警技术,预测其未来流行规模并对异常情况进行预警通知。本文首先研究影响肺结核疫情的因素,然后再通过现有数据采集手段获取相关数据,并通过数据预处理技术来规范不同数据源的数据,同时从流行病学的角度研究影响因素与肺结核传染病流行的关系。又由于肺结核传染病具有时空特性,并且传染病预测常用的差分整合移动平均自回归（ARIMA）模型存在一些问题,所以根据深度学习中图卷积神经网络和转化器模型的特征,本文提出gcTrans模型来解决该模型存在的问题。同时为了更好说明该模型的有效性,本研究中还使用转换器模型的编码器部分作为另一个对比模型。然后通过均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和决定...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卷积运算示意图
第二章相关理论与技术11太大，并且存在一些冗余信息，会影响任务的训练，所以使用卷积操作来提取图像中的部分特征，从而减少计算量。当卷积核在图像上滑动时，每一个中心像素点会与其相邻像素点进行加权求和。卷积操作涉及到两个变量，一个是步长(stride)，另外一个是填充(padding)。通过卷积操作计算后会输出一个矩阵，其输出矩阵大小的计算公式如式(2-7)。21npfs++(2-7)其中n表示图像矩阵的大小，p即padding，s为stride，f表示kernel的大校假定n的大小为7，f的大小为3，令p为0，s为2，则其输出3*3的矩阵，其计算过程如图2-2所示。图2-2卷积运算示意图线性整流层由激活函数构成，神经网络通过激活函数来进行增强其非线性拟合能力。常用的激活函数有sigmoid函数、双曲正切函数和Relu函数，其中sigmoid函数图像如图2-3所示。图2-3sigmoid激活函数图从图2-3可以看出，该函数将变量的范围转化到0和1之间。通过这样的操作来增强神经网络的非线性拟合能力，同时还可以用于二分类。而双曲正切函数图像如图2-4所示。
电子科技大学硕士学位论文12图2-4双曲正切激活函数图从图2-4可以看出，该函数是一个非线性函数，它的纵坐标值限定在(-1,1)之间，并且由于其0均值的特性，使得训练效率得以提升。而Relu函数图像如图2-5所示。图2-5Relu激活函数图从图2-5可以看出，该函数只保留了大于0的变量，因而会使得网格变得稀疏，从而减少过拟合。同时还可以加快训练过程以及增强神经网络的非线性拟合能力。2.3.2图卷积神经网络由于图像的像素矩阵是一个规则的网格矩阵，网格矩阵中的像素点与周围8个像素点相邻，所以我们可以使用卷积神经网络来处理这类数据。但是对于如图2-6所示的图形结构，该神经网络则无法处理。而图卷积神经网络通过重新定义卷积操作，使得卷积操作能够处理这样的图形结构。那么对于这类结构的一些问题上，如交通领域流量问题，都可以考虑使用图卷积神经网络来处理。图2-6图(graph)结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于可变形空间扫描统计量法的四川省肺结核聚集性探测研究[J]. 李婷,何金戈,杨长虹,李京,肖月,李运葵,陈闯,吴建林. 寄生虫病与感染性疾病. 2019(01)
[2]嘉峪关市肺结核病与气象相关影响因素研究[J]. 李世雄,王玉明,董继元. 疾病预防控制通报. 2019(01)
[3]北京市空气质量指数与结核病发病关系的时间序列研究[J]. 刘梦阳,张英杰,马圆,李琪欢,刘悦,冯巍,王肖南,李卫民,郭秀花. 中华流行病学杂志. 2018 (12)
[4]肺结核诊断与治疗的现状[J]. 任东风,王颖. 中外企业家. 2017(12)
[5]结核病疫情现状和控制策略[J]. 王巧智,龚德华. 实用预防医学. 2017(03)
[6]2014年四川省法定传染病疫情分析[J]. 张云娜,康殿巨,蔺红,许军红,刘润友,杨长虹. 职业卫生与病伤. 2016(02)
[7]结核病现状及其预防策略[J]. 郑雅楠,张晨,辛秀梅,张海涛,马金凤. 中华保健医学杂志. 2015(02)
[8]20082013年福建省肺结核患者职业分布[J]. 李卫林,周娜,林勇明. 预防医学论坛. 2014(10)
[9]2012年四川省结核病流行病学调查结果分析[J]. 李婷,何金戈,张佩如,夏勇,王丹霞,李运葵,吴建林. 预防医学情报杂志. 2013(11)
[10]基于神经网络的气象条件对泸州市肺结核发病率预测[J]. 胡婧媛,蒋梦姣,景元书,万秉成,刘诚. 科技通报. 2013(05)
博士论文
[1]结核病时空传播模型与危险因素评估[D]. 贾忠伟.北京邮电大学 2008
硕士论文
[1]新疆喀什地区结核病动力学模型与时间序列模型的建立与分析[D]. 李虎玲.新疆医科大学 2019
本文编号：3392060
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卷积运算示意图
第二章相关理论与技术11太大，并且存在一些冗余信息，会影响任务的训练，所以使用卷积操作来提取图像中的部分特征，从而减少计算量。当卷积核在图像上滑动时，每一个中心像素点会与其相邻像素点进行加权求和。卷积操作涉及到两个变量，一个是步长(stride)，另外一个是填充(padding)。通过卷积操作计算后会输出一个矩阵，其输出矩阵大小的计算公式如式(2-7)。21npfs++(2-7)其中n表示图像矩阵的大小，p即padding，s为stride，f表示kernel的大校假定n的大小为7，f的大小为3，令p为0，s为2，则其输出3*3的矩阵，其计算过程如图2-2所示。图2-2卷积运算示意图线性整流层由激活函数构成，神经网络通过激活函数来进行增强其非线性拟合能力。常用的激活函数有sigmoid函数、双曲正切函数和Relu函数，其中sigmoid函数图像如图2-3所示。图2-3sigmoid激活函数图从图2-3可以看出，该函数将变量的范围转化到0和1之间。通过这样的操作来增强神经网络的非线性拟合能力，同时还可以用于二分类。而双曲正切函数图像如图2-4所示。
电子科技大学硕士学位论文12图2-4双曲正切激活函数图从图2-4可以看出，该函数是一个非线性函数，它的纵坐标值限定在(-1,1)之间，并且由于其0均值的特性，使得训练效率得以提升。而Relu函数图像如图2-5所示。图2-5Relu激活函数图从图2-5可以看出，该函数只保留了大于0的变量，因而会使得网格变得稀疏，从而减少过拟合。同时还可以加快训练过程以及增强神经网络的非线性拟合能力。2.3.2图卷积神经网络由于图像的像素矩阵是一个规则的网格矩阵，网格矩阵中的像素点与周围8个像素点相邻，所以我们可以使用卷积神经网络来处理这类数据。但是对于如图2-6所示的图形结构，该神经网络则无法处理。而图卷积神经网络通过重新定义卷积操作，使得卷积操作能够处理这样的图形结构。那么对于这类结构的一些问题上，如交通领域流量问题，都可以考虑使用图卷积神经网络来处理。图2-6图(graph)结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于可变形空间扫描统计量法的四川省肺结核聚集性探测研究[J]. 李婷,何金戈,杨长虹,李京,肖月,李运葵,陈闯,吴建林. 寄生虫病与感染性疾病. 2019(01)
[2]嘉峪关市肺结核病与气象相关影响因素研究[J]. 李世雄,王玉明,董继元. 疾病预防控制通报. 2019(01)
[3]北京市空气质量指数与结核病发病关系的时间序列研究[J]. 刘梦阳,张英杰,马圆,李琪欢,刘悦,冯巍,王肖南,李卫民,郭秀花. 中华流行病学杂志. 2018 (12)
[4]肺结核诊断与治疗的现状[J]. 任东风,王颖. 中外企业家. 2017(12)
[5]结核病疫情现状和控制策略[J]. 王巧智,龚德华. 实用预防医学. 2017(03)
[6]2014年四川省法定传染病疫情分析[J]. 张云娜,康殿巨,蔺红,许军红,刘润友,杨长虹. 职业卫生与病伤. 2016(02)
[7]结核病现状及其预防策略[J]. 郑雅楠,张晨,辛秀梅,张海涛,马金凤. 中华保健医学杂志. 2015(02)
[8]20082013年福建省肺结核患者职业分布[J]. 李卫林,周娜,林勇明. 预防医学论坛. 2014(10)
[9]2012年四川省结核病流行病学调查结果分析[J]. 李婷,何金戈,张佩如,夏勇,王丹霞,李运葵,吴建林. 预防医学情报杂志. 2013(11)
[10]基于神经网络的气象条件对泸州市肺结核发病率预测[J]. 胡婧媛,蒋梦姣,景元书,万秉成,刘诚. 科技通报. 2013(05)
博士论文
[1]结核病时空传播模型与危险因素评估[D]. 贾忠伟.北京邮电大学 2008
硕士论文
[1]新疆喀什地区结核病动力学模型与时间序列模型的建立与分析[D]. 李虎玲.新疆医科大学 2019
本文编号：3392060
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