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基于ARIMA与NNAR模型的中国食管癌疾病负担预测

马倩倩 何贤英 崔芳芳 孙东旭 翟运开 高景宏 王琳 赵杰

马倩倩, 何贤英, 崔芳芳, 孙东旭, 翟运开, 高景宏, 王琳, 赵杰. 基于ARIMA与NNAR模型的中国食管癌疾病负担预测[J]. 中华疾病控制杂志, 2021, 25(9): 1048-1053. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.09.010
引用本文: 马倩倩, 何贤英, 崔芳芳, 孙东旭, 翟运开, 高景宏, 王琳, 赵杰. 基于ARIMA与NNAR模型的中国食管癌疾病负担预测[J]. 中华疾病控制杂志, 2021, 25(9): 1048-1053. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.09.010
MA Qian-qian, HE Xian-ying, CUI Fang-fang, SUN Dong-xun, ZHAI Yun-kai, GAO Jing-hong, WANG Lin, ZHAO Jie. Prediction of disease burden of esophageal cancer in China based on ARIMA and NNAR models[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2021, 25(9): 1048-1053. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.09.010
Citation: MA Qian-qian, HE Xian-ying, CUI Fang-fang, SUN Dong-xun, ZHAI Yun-kai, GAO Jing-hong, WANG Lin, ZHAO Jie. Prediction of disease burden of esophageal cancer in China based on ARIMA and NNAR models[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2021, 25(9): 1048-1053. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.09.010

基于ARIMA与NNAR模型的中国食管癌疾病负担预测

doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.09.010
基金项目: 

国家超级计算郑州中心创新生态系统建设科技专项 201400210400

国家重点研发计划 2017YFC0909900

河南省高校科技创新团队支持计划 20IRTSTHN028

河南省医学科技攻关计划联合共建项目 LHGJ20200331

河南省医学科技攻关计划联合共建项目 2018020120

河南省青年科学基金项目 202300410409

详细信息
    通讯作者:

    赵杰,E-mail: zhaojie@zzu.edu.cn

  • 中图分类号: R735.1;R195.1

Prediction of disease burden of esophageal cancer in China based on ARIMA and NNAR models

Funds: 

National Supercomputing Zhengzhou Center Innovation Ecosystem Construction Technology Project 201400210400

National Key Research and Development Program of China 2017YFC0909900

Innovation Research Team of Higher Education in Henan Province 20IRTSTHN028

the Joint Construction Project of the Henan Province Medical Science and Technology Research Plan LHGJ20200331

the Joint Construction Project of the Henan Province Medical Science and Technology Research Plan 2018020120

Henan Youth Science Fund Project 202300410409

More Information
  • 摘要:   目的  探索中国食管癌疾病负担时间序列特征,并进行预测。   方法  收集1990—2019年中国食管癌发病率、死亡率、伤残调整寿命年(disability adjusted life year, DALY)等疾病负担数据,基于1990—2016年数据建立自回归移动平均(autoregressive integrated moving average, ARIMA)模型、神经网络自回归(neural network autoregression, NNAR)模型,通过平均误差率(modulation error ratio, MER)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)、平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和均方根误差(root mean squared error, RMSE)比较2017—2019年预测数据与实际数据以验证模型预测性能,并预测2020—2024年食管癌疾病负担。   结果  1990—2019年中国食管癌疾病负担整体呈波动上升趋势,发病率上升33.26%,死亡率上升21.26%,DALY率上升6.66%。ARIMA模型与NNAR模型的预测值和实际值动态趋势基本一致,选择其中更优模型预测得到2020—2024年中国食管癌发病率分别为20.375/10万、21.057/10万、21.380/10万、21.341/10万和21.080/10万;死亡率分别为18.834/10万、19.647/10万、20.407/10万、20.889/10万和20.988/10万。DALY率分别为418.192/10万、431.123/10万、442.780/10万、452.376/10万和459.358/10万。   结论  中国食管癌疾病负担在2020—2024年将上升。NNAR模型在拟合中国食管癌疾病负担应用中具有良好预测性能与精度,可为疾病负担短期预测提供借鉴方法。
  • 图  1  NNAR模型结构

    Figure  1.  Structure of NNAR model

    图  2  1990—2019年中国食管癌疾病负担趋势

    Figure  2.  Trends in the disease burden of esophageal cancer in China from 1990 to 2019

    图  3  ARIMA(0, 2, 1)食管癌发病预测模型

    Figure  3.  ARIMA(0, 2, 1) esophageal cancer incidence prediction model

    图  4  NNAR(2, 2)食管癌发病预测模型

    Figure  4.  NNAR (2, 2) esophageal cancer incidence prediction model

    图  5  ARIMA(0, 2, 1)食管癌死亡模型

    Figure  5.  ARIMA(0, 2, 1) esophageal cancer death model

    图  6  NNAR(2, 2)食管癌死亡模型

    Figure  6.  NNAR(2, 2) esophageal cancer death prediction model

    图  7  ARIMA(2, 0, 0)食管癌DALYs预测模型

    Figure  7.  ARIMA(2, 0, 0) DALYs prediction model for esophageal cancer

    图  8  NNAR(3, 2)食管癌DALYs预测模型

    Figure  8.  NNAR(3, 2) DALYs prediction model for esophageal cancer

    表  1  中国食管癌疾病负担预测模型对比

    Table  1.   Comparison of prediction models of esophageal cancer disease burden in China

    模型 训练集 测试集
    MAPE (%) MER (%) MAE RMSE MAPE (%) MER (%) MAE RMSE
    发病率
      ARIMA 0.920 0.945 0.170 0.248 3.312 3.375 0.636 0.759
      NNAR 0.587 0.598 0.109 0.136 2.760 2.810 0.529 0.625
    死亡率
      ARIMA 0.911 0.935 0.166 0.237 1.756 1.796 0.314 0.424
      NNAR 0.596 0.611 0.109 0.140 0.404 0.411 0.072 0.097
    DALY率
      ARIMA 0.920 0.955 4.119 5.283 0.875 0.890 3.506 4.516
      NNAR 0.551 0.562 2.456 3.287 1.070 1.090 4.291 5.649
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  • [1] Bray F, Ferlay J, Soerjomataram I, et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries[J]. CA Cancer J Clin, 2018, 68(6): 394-424. DOI: 10.3322/caac.21492.
    [2] GBD 2017 Oesophageal Cancer Collaborators. The global, regional, and national burden of oesophageal cancer and its attributable risk factors in 195 countries and territories, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017[J]. Lancet Gastroenterol Hepatol, 2020, 5(6): 582-597. DOI: 10.1016/S2468-1253(20)30007-8.
    [3] 寻鲁宁, 张帆, 孙纪新, 等. 基于求和自回归滑动平均模型的道路交通伤害死亡趋势预测分析[J]. 中华疾病控制杂志, 2020, 24(4): 467-472. DOI: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2020.04.019.

    Xun LN, Zhang F, Sun JX, et al. Prediction and analysis of road traffic injury death trend based on ARIMA model[J]. Chin J Dis Control Prev, 2020, 24(4): 467-472. DOI: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2020.04.019.
    [4] 庞艳蕾, 张惠兰, 李向云, 等. 灰色模型GM(1, 1)和ARIMA在拟合全国婴儿、5岁以下儿童死亡率中的应用[J]. 中国卫生统计, 2015, 32(3): 461-463. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGWT201503029.htm

    Pang YL, Zhang HL, Li XY, et al. Application of grey model GM(1, 1) and ARIMA in fitting the national mortality rate of infants and children under 5[J]. Chin J Heal Stat, 2015, 32(3): 461-463. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGWT201503029.htm
    [5] Global Health Data Exchange. Global Burden of Disease Study 2019 (GBD 2019) Data Resources[EB/OL]. (2020-10-22)[2020-12-20]. http://ghdx.healthdata.org/gbd-2019.
    [6] Hyndman RJ, Athanasopoulos G. Forecasting: Principles and Practice: 11.3 Neural network models[M/OL]. 2nd ed. OTexts: Melbourne, Australia. https://otexts.com/fpp2/nnetar.html.
    [7] Li ZQ, Wang ZZ, Song H, et al. Application of a hybrid model in predicting the incidence of tuberculosis in a Chinese population[J]. Infect Drug Resist, 2019, 12: 1011-1020. DOI: 10.2147/IDR.S190418.
    [8] 郭兰伟, 石春雷, 黄慧瑶, 等. 中国1996—2015年食管癌经济负担研究的系统综述[J]. 中华流行病学杂志, 2017, 38(1): 102-109. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-6450.2017.01.020.

    Guo LW, Shi CL, Huang HY, et al. Economic burden of esophageal cancer in China from 1996 to 2015: a systematic review[J]. Chin J Epidemiol, 2017, 38(1): 102-109. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-6450.2017.01.020.
    [9] Yu HK, Kim NY, Kim SS, et al. Forecasting the number of human immunodeficiency virus infections in the Korean population using the autoregressive integrated moving average model[J]. Osong Public Health Res Perspect, 2013, 4(6): 358-362. DOI: 10.1016/j.phrp.2013.10.009.
    [10] He ZR, Tao HB. Epidemiology and ARIMA model of positive-rate of influenza viruses among children in Wuhan, China: A nine-year retrospective study[J]. Int J Infect Dis, 2018, 74: 61-70. DOI: 10.1016/j.ijid.2018.07.003.
    [11] Sharafi M, Ghaem H, Tabatabaee HR, et al. Forecasting the number of zoonotic cutaneous leishmaniasis cases in south of Fars province, Iran using seasonal ARIMA time series method[J]. Asian Pac J Trop Med, 2017, 10(1): 79-86. DOI: 10.1016/j.apjtm.2016.12.007.
    [12] 张欣, 刘振球, 袁黄波, 等. 神经网络自回归模型在丙肝发病趋势和预测研究中的应用[J]. 中国卫生统计, 2020, 37(4): 524-526. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGWT202004011.htm

    Zhang X, Liu ZQ, Yuan HB, et al. Application of neural network autoregressive model in the study of hepatitis C incidence trend and prediction[J]. Chin J Heal Stat, 2020, 37(4): 524-526. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGWT202004011.htm
    [13] 吴伟, 安淑一, 郭军巧, 等. 非线性自回归神经网络在肾综合征出血热流行趋势预测中的应用[J]. 中华流行病学杂志, 2015, 36(12): 1394-1396. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-6450.2015.12.017.

    Wu W, An SY, Guo JQ, et al. Application of nonlinear autoregressive neural network in predicting incidence tendency of hemorrhagic fever with renal syndrome[J]. Chin J Epidemiol, 2015, 36(12): 1394-1396. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-6450.2015.12.017.
    [14] 李蔚, 吴恺逾, 陈坚红, 等. 基于非线性自回归神经网络和随机森林算法的核电汽轮机组出力优化[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(2): 409-416. DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.200761.

    Li W, Wu KY, Chen JH, et al. Output Optimization of Nuclear Power Steam Turbine Based on Nonlinear Autoregressive Neural Network and Random Forest Algorithm[J]. Proc Chin Soc Elect Eng, 2021, 41(2): 409-416. DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.200761.
    [15] 李环, 孙素芬, 罗长寿. 基于NARX神经网络的粮食产量预测模型[J]. 江苏农业科学, 2020, 48(22): 228-232. DOI: 10.15889/j.issn.1002-1302.2020.22.043.

    Li H, Sun SF, Luo CS. Forecast model of grain yield based on NARX neural network[J]. Jiangsu Agric Sci, 2020, 48(22): 228-232. DOI: 10.15889/j.issn.1002-1302.2020.22.043.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-01
  • 修回日期:  2021-03-23
  • 网络出版日期:  2021-10-23
  • 刊出日期:  2021-09-10

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