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中国肾癌死亡趋势预测及其预测模型比较

陈磊 徐杰茹 张敏 肖智丽 陈悦 让蔚清

陈磊, 徐杰茹, 张敏, 肖智丽, 陈悦, 让蔚清. 中国肾癌死亡趋势预测及其预测模型比较[J]. 中华疾病控制杂志, 2022, 26(1): 21-27. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2022.01.004
引用本文: 陈磊, 徐杰茹, 张敏, 肖智丽, 陈悦, 让蔚清. 中国肾癌死亡趋势预测及其预测模型比较[J]. 中华疾病控制杂志, 2022, 26(1): 21-27. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2022.01.004
CHEN Lei, XU Jie-ru, ZHANG Min, XIAO Zhi-li, CHEN Yue, RANG Wei-qing. Prediction of kidney cancer mortality trends and comparison of the two prediction models in China[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2022, 26(1): 21-27. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2022.01.004
Citation: CHEN Lei, XU Jie-ru, ZHANG Min, XIAO Zhi-li, CHEN Yue, RANG Wei-qing. Prediction of kidney cancer mortality trends and comparison of the two prediction models in China[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2022, 26(1): 21-27. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2022.01.004

中国肾癌死亡趋势预测及其预测模型比较

doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2022.01.004
基金项目: 

国家自然科学基金 81673107

详细信息
    通讯作者:

    让蔚清,E-mail: nhurwq@126.com

  • 中图分类号: R181.2;R692

Prediction of kidney cancer mortality trends and comparison of the two prediction models in China

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 81673107

More Information
  • 摘要:   目的  建立并比较两种预测模型在中国肾癌死亡趋势中的应用,选取最佳模型对2020—2025年中国肾癌死亡率进行预测。  方法  收集全球健康数据交换(Global Health Data Exchange, GHDx)数据库1990—2019年中国人群全年龄组肾癌死亡率数据,使用R 4.0.2软件基于1990—2016年肾癌死亡率数据分别建立自回归移动平均模型(autoregressive integrated moving average model, ARIMA)和灰色模型(gray model, GM)(1, 1),比较2017—2019年预测值与实际值以评价两种模型的拟合和预测性能,采用最佳模型预测2020—2025年中国肾癌死亡情况。  结果  1990—2019年中国肾癌粗死亡率(crude mortality rate, CMR)呈上升趋势;在备选的ARIMA模型中,ARIMA(1, 2, 0)拟合效果最好,GM(1, 1)模型表达式为Y(t+1)=9.267 8e0.050 2(t)-8.771 0;ARIMA(1, 2, 0)模型的平均绝对误差(mean absolute error, MAE)、均方根误差(root mean squared error, RMSE)和平均绝对百分比误差(mean absolute percent error, MAPE)在拟合部分和预测部分均低于GM(1, 1)模型;根据最佳模型预测结果,2025年中国肾癌死亡率相比于2019年将增加7.74%。  结论  较于GM(1, 1)模型,ARIMA(1, 2, 0)模型对我国肾癌死亡率的拟合效果和预测性能更好。
  • 图  1  1990—2016年中国肾癌粗死亡率的原始序列以及序列分解图

    Figure  1.  Time series plot and time series decomposition plot of the crude mortality of kidney cancer in China from 1990 to 2016

    图  2  二阶差分后的ACF函数

    Figure  2.  The ACF graph of the second differenced time series

    图  3  二阶差分后的PACF函数

    Figure  3.  The PACF graph of the second differenced time series.

    表  1  各模型ACF图和PACF图的图形特点

    Table  1.   The graphic characteristics of ACF and PACF graphs for different models

    模型 ACF图 PACF图
    AR(p) 拖尾 p阶后截尾
    MA(q) q阶后截尾 拖尾
    ARIMA(p, q) 拖尾 拖尾
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    表  2  中国肾癌粗死亡率单位根与白噪声检验

    Table  2.   The unit root and white noise test of the differenced time series

    变量 ADF检验 白噪声检验
    t P Ljung-Box值 P
    肾癌死亡率 0.89 0.993 25.87 <0.001
    肾癌死亡率对数变换后一阶差分 -1.05 0.733 22.95 <0.001
    肾癌死亡率对数变换后二阶差分 -3.19 0.021 4.30 0.038
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    表  3  备选模型的拟合优度检验和残差检验

    Table  3.   Goodness of fit test and residual test of candidate models

    参数 ARIMA(2, 2, 0) ARIMA(1, 2, 1) ARIMA(1, 2, 0) ARIMA(0, 2, 1)
    估计值 统计量 P 估计值 统计量 P 估计值 统计量 P 估计值 统计量 P
    AR1 0.40 1.95 0.031 0.42 1.07 0.146 0.40 2.19 0.019
    AR2 0.01 0.04 0.482
    MA1 -0.02 -0.04 0.485 0.35 1.99 0.029
    AIC -135.67 -135.67 -137.67 -136.88
    BIC -132.01 -132.01 -135.23 -134.44
    对数似然值 70.84 70.83 70.83 70.44
    Ljung-Box残差检验 0.01 0.933 0.01 0.927 0.01 0.914 0.06 0.812
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    表  4  1990—2016年中国肾癌粗死亡率(/10万)序列及其可行性检验

    Table  4.   The crude mortality rate of kidney cancer (/100 000) in China from 1990 to 2016 and sequence feasibility test

    年份
    (年)
    实际死亡率
    [X(t)0]
    累加序列
    [X(t)1]
    紧邻均值序列
    [X(t)2]
    光滑比
    [ρ(t)]
    级比
    [σ(t)]
    1990 0.50 0.50
    1991 0.51 1.00 0.75 1.02 2.02
    1992 0.51 1.51 1.26 0.51 1.51
    1993 0.51 2.02 1.77 0.34 1.34
    1994 0.50 2.53 2.27 0.25 1.25
    1995 0.51 3.03 2.78 0.20 1.20
    1996 0.52 3.55 3.29 0.17 1.17
    1997 0.54 4.09 3.82 0.15 1.15
    1998 0.56 4.65 4.37 0.14 1.14
    1999 0.60 5.26 4.95 0.13 1.13
    2000 0.66 5.92 5.59 0.13 1.13
    2001 0.73 6.65 6.28 0.12 1.12
    2002 0.81 7.46 7.06 0.12 1.12
    2003 0.90 8.36 7.91 0.12 1.12
    2004 1.00 9.36 8.86 0.12 1.12
    2005 1.07 10.43 9.90 0.11 1.11
    2006 1.11 11.54 10.98 0.11 1.11
    2007 1.16 12.70 12.12 0.10 1.10
    2008 1.21 13.91 13.30 0.10 1.10
    2009 1.27 15.18 14.54 0.09 1.09
    2010 1.34 16.51 15.84 0.09 1.09
    2011 1.38 17.89 17.20 0.08 1.08
    2012 1.41 19.30 18.60 0.08 1.08
    2013 1.42 20.72 20.01 0.07 1.07
    2014 1.44 22.16 21.44 0.07 1.07
    2015 1.45 23.61 22.89 0.07 1.07
    2016 1.48 25.09 24.35 0.06 1.06
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    表  5  两种模型的预测效果评价

    Table  5.   Evaluation of prediction effect of the two models

    年份
    (年)
    真实值 预测值 绝对误差(%) 相对误差(%)
    ARIMA
    (1, 2, 0)
    模型
    GM
    (1, 1)
    模型
    ARIMA
    (1, 2, 0)
    模型
    GM
    (1, 1)
    模型
    ARIMA
    (1, 2, 0)
    模型
    GM
    (1, 1)
    模型
    2017 1.53 1.51 1.76 0.02 0.24 1.41 14.78
    2018 1.60 1.54 1.85 0.06 0.24 3.78 15.22
    2019 1.68 1.58 1.94 0.11 0.26 6.26 15.39
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    表  6  两种模型的拟合部分和预测部分比较

    Table  6.   Comparison of fitting and forecasting performance of the two models

    模型 拟合部分(%) 预测部分(%) R2(%)
    MAE
    RMSE
    MAPE
    MAE
    RMSE
    MAPE
    ARIMA
    (1, 2, 0)
    0.96 0.13 1.08 6.29 0.71 3.82 99.62
    GM(1, 1) 7.67 0.87 8.95 24.32 2.44 15.13 92.95
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    表  7  2020—2025年中国肾癌粗死亡率的ARIMA(1, 2, 0)模型预测值

    Table  7.   The prediction value of ARIMA (1, 2, 0) model for the crude mortality rate of kidney cancer in China from 2020 to 2025

    年份(年) 粗死亡率
    (/10万)
    (95% CI)下限 (95% CI)上限
    2020 1.62 1.21 2.16
    2021 1.65 1.09 2.49
    2022 1.69 0.98 2.91
    2023 1.73 0.87 3.45
    2024 1.77 0.76 4.12
    2025 1.81 0.66 4.98
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-27
  • 修回日期:  2021-08-14
  • 网络出版日期:  2022-01-16
  • 刊出日期:  2022-01-10

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