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SARIMA-GRNN组合模型在伤寒与副伤寒逐月发病数预测中的应用

李文豪 曾昱兴 李笑颜 彭远舟 张艳炜 陈青山 程锦泉

李文豪, 曾昱兴, 李笑颜, 彭远舟, 张艳炜, 陈青山, 程锦泉. SARIMA-GRNN组合模型在伤寒与副伤寒逐月发病数预测中的应用[J]. 中华疾病控制杂志, 2021, 25(11): 1341-1346. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.11.019
引用本文: 李文豪, 曾昱兴, 李笑颜, 彭远舟, 张艳炜, 陈青山, 程锦泉. SARIMA-GRNN组合模型在伤寒与副伤寒逐月发病数预测中的应用[J]. 中华疾病控制杂志, 2021, 25(11): 1341-1346. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.11.019
LI Wen-hao, ZENG Yu-xing, LI Xiao-yan, PENG Yuan-zhou, ZHANG Yan-wei, CHEN Qing-shan, CHENG Jin-quan. Application of SARIMA-GRNN combined model in forecasting the monthly incidence of typhoid fever and paratyphoid fever[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2021, 25(11): 1341-1346. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.11.019
Citation: LI Wen-hao, ZENG Yu-xing, LI Xiao-yan, PENG Yuan-zhou, ZHANG Yan-wei, CHEN Qing-shan, CHENG Jin-quan. Application of SARIMA-GRNN combined model in forecasting the monthly incidence of typhoid fever and paratyphoid fever[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2021, 25(11): 1341-1346. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.11.019

SARIMA-GRNN组合模型在伤寒与副伤寒逐月发病数预测中的应用

doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.11.019
基金项目: 

国家“十三五”科技重大专项 2018ZX10715004

详细信息
    通讯作者:

    程锦泉,E-mail: cjinquan@szcdc.net

  • 中图分类号: R135.2;R181.1

Application of SARIMA-GRNN combined model in forecasting the monthly incidence of typhoid fever and paratyphoid fever

Funds: 

Major science and technology projects of the 13th Five-Year plan 2018ZX10715004

More Information
  • 摘要:   目的  建立季节性差分自回归移动平均(seasonal autoregressive integrated moving average, SARIMA)-广义回归神经网络(generalized regression neural network, GRNN)组合模型,为伤寒与副伤寒发病数的预测提供方法学上的新思路。  方法  利用2011年1月-2019年12月中国伤寒与副伤寒逐月发病数资料,分别构建SARIMA模型和SARIMA-GRNN组合模型,比较两种模型的拟合和预测效果。  结果  最优的SARIMA模型为SARIMA (2, 1, 1) (0, 1, 1)12,SARIMA-GRNN组合模型的最优光滑因子(spread)为0.21。评价SARIMA-GRNN组合模型拟合效果的参数均方根误差(root mean squared error, RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)为90.08、71.44和7.07%,分别小于SARIMA模型的99.44、79.15和7.86%;评价预测效果的RMSE、MAE和MAPE为100.86、75.94和9.57%,均小于SARIMA模型的125.44、97.33和10.89%。  结论  SARIMA-GRNN组合模型比传统SARIMA模型更能拟合中国伤寒与副伤寒逐月的发病数,而且预测精度更高,可应用于伤寒与副伤寒逐月发病数的预测。
  • 图  1  2011年1月-2018年12月中国伤寒与副伤寒发病数时间序列

    Figure  1.  Time series of typhoid and paratyphoid incidence in China from January 2011 to December 2018

    图  2  序列的自相关与偏自相关系数图

    Figure  2.  Autocorrelation function and Partial autocorrelation function graphs of time series

    图  3  SARIMA模型的预测值和实际值

    Figure  3.  The predicted value and the actual value of the SARIMA model

    图  4  不同光滑因子对应的均方根误差

    Figure  4.  Root mean square error of different spread

    图  5  SARIMA模型与SARIMA-GRNN模型拟合值和预测值的比较

    Figure  5.  Comparison of fitting value and forecast value between SARIMA model and SARIMA-GRNN model

    表  1  SARIMA (2, 1, 1) (0, 1, 1)12模型参数显著性检验

    Table  1.   Significance test of the SARIMA (2, 1, 1) (0, 1, 1)12 model parameters

    模型 参数 标准差 t P
    ar1 -1.069 5 0.167 7 -6.377 4 < 0.001
    ar2 -0.465 0 0.102 8 4.523 3 < 0.001
    ma1 0.838 5 0.206 4 4.062 5 < 0.001
    sma1 -0.999 9 0.331 8 -3.013 6 < 0.001
    下载: 导出CSV

    表  2  两种模型2019年逐月发病数的预测值及相对误差

    Table  2.   Forecast value and relative error of monthly incidence of two models in 2019

    时间 实际值 SARIMA模型 SARIMA-GRNN模型
    预测值 相对误差(%) 预测值 相对误差(%)
    2019年1月 702 653.19 6.95 681.62 2.90
    2019年2月 502 502.73 0.15 626.55 24.81
    2019年3月 591 631.55 6.86 669.97 13.36
    2019年4月 1 000 754.62 24.54 779.69 22.03
    2019年5月 950 1 146.91 20.73 1 067.44 12.36
    2019年6月 1 000 1 078.38 7.84 1 015.80 1.58
    2019年7月 1 102 1 336.12 21.25 1 274.82 15.68
    2019年8月 1 040 1 127.72 8.43 1 050.82 1.04
    2019年9月 881 967.54 9.82 937.11 6.37
    2019年10月 806 816.81 1.34 836.96 3.84
    2019年11月 642 569.49 11.29 648.61 1.03
    2019年12月 571 505.46 11.48 627.53 9.90
    注: 相对误差=(预测值-实际值)/实际值×100%。
    下载: 导出CSV

    表  3  SARIMA模型与SARIMA-GRNN模型拟合和预测效果的比较

    Table  3.   Comparison of fitting and forecasting effects between SARIMA model and SARIMA-GRNN model

    模型 拟合效果(2012-2018年) 预测效果(2019年)
    RMSE MAE MAPE(%) RMSE MAE MAPE(%)
    SARIMA 99.44 79.15 7.86 125.44 97.33 10.89
    SARIMA-GRNN 90.08 71.44 7.07 100.86 75.94 9.57
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-07
  • 修回日期:  2021-05-20
  • 网络出版日期:  2021-12-04
  • 刊出日期:  2021-11-10

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