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基于不同空间权重设置下的空间滤波模型在手足口病发病数据中的应用

陈希 李柯 殷韵 刘元桦 洪洁 石瑾 黄家祺 赵峥 徐珈瑶 袁睿 张志杰

陈希, 李柯, 殷韵, 刘元桦, 洪洁, 石瑾, 黄家祺, 赵峥, 徐珈瑶, 袁睿, 张志杰. 基于不同空间权重设置下的空间滤波模型在手足口病发病数据中的应用[J]. 中华疾病控制杂志, 2023, 27(11): 1262-1267. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2023.11.004
引用本文: 陈希, 李柯, 殷韵, 刘元桦, 洪洁, 石瑾, 黄家祺, 赵峥, 徐珈瑶, 袁睿, 张志杰. 基于不同空间权重设置下的空间滤波模型在手足口病发病数据中的应用[J]. 中华疾病控制杂志, 2023, 27(11): 1262-1267. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2023.11.004
CHEN Xi, LI Ke, YIN Yun, LIU Yuanhua, HONG Jie, SHI Jin, HUANG Jiaqi, ZHAO Zheng, XU Jiayao, YUAN Rui, ZHANG Zhijie. Application of spatial filtering model based on different spatial weight settings in hand-foot-mouth disease incidence data[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2023, 27(11): 1262-1267. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2023.11.004
Citation: CHEN Xi, LI Ke, YIN Yun, LIU Yuanhua, HONG Jie, SHI Jin, HUANG Jiaqi, ZHAO Zheng, XU Jiayao, YUAN Rui, ZHANG Zhijie. Application of spatial filtering model based on different spatial weight settings in hand-foot-mouth disease incidence data[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2023, 27(11): 1262-1267. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2023.11.004

基于不同空间权重设置下的空间滤波模型在手足口病发病数据中的应用

doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2023.11.004
基金项目: 

国家自然科学基金 81973102

详细信息
    通讯作者:

    张志杰,E-mail: epistat@gmail.com

  • 中图分类号: R183; R188

Application of spatial filtering model based on different spatial weight settings in hand-foot-mouth disease incidence data

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 81973102

More Information
  • 摘要:   目的  研究不同空间权重矩阵设置下的空间滤波模型在华东地区手足口病(hand-foot-mouth disease, HFMD)发病数据中的应用,并比较不同空间模型的效果,评估其应用价值。  方法  收集华东地区2009年HFMD的发病数据和相关影响因素。通过空间滤波方法(eigenvector spatial filtering, ESF)将4种不同的空间权重矩阵分解,根据莫兰指数(Moran′s I, MI)和逐步回归筛选出特征向量作为空间滤波器带入模型,通过赤池信息准则(Akaike information criterion, AIC)、偏差信息准则(deviance information criterion, DIC)和均方根误差(root mean square error, RMSE)比较不同权重矩阵的影响,最后从模型系数的拟合值和标准差与置信区间的角度分析比较基于最优权重矩阵的空间滤波模型与贝叶斯空间模型。  结果  2009年华东地区共报告403 607例HFMD,主要分布在山东省西部和浙江省东南部地区,MI显示华东地区HFMD具有空间相关性。普通的负二项分布模型加入空间滤波器后,空间滤波模型残差的空间相关性被有效去除(MI分别为-0.11、-0.15、-0.08和-0.09,均P>0.05)。Rook权重矩阵为最优权重矩阵,并且最优权重矩阵下的空间滤波模型和贝叶斯空间模型的回归系数值结果接近,但是空间滤波模型的标准差和置信区间小于贝叶斯空间模型。  结论  空间滤波模型计算简单、结果准确,能够反映从整体到局部在不同地理尺度下的地图模式,揭示疾病发病的潜在空间结构,可作为传统复杂空间模型的有效替代方法。
  • 图  1  2009年中国华东地区HFMD发病率图

    HFMD: 手足口病。

    Figure  1.  Incidence of HFMD in east mainland China in 2009

    HFMD: hand-foot-mouth disease.

    图  2  Rook权重矩阵的特征向量

    E2、E3、E6、E7是Rook矩阵分解产生的MI值最大的前4个特征向量,这里将其值以地图模式呈现(数值用于比较相对大小,没有实际意义)。

    Figure  2.  Eigenvectors of Rook style of weight matrix

    E2, E3, E6, E7 are the top four eigenvectors with the largest MI values resulting from the Rook matrix decomposition, and their values are presented here in map pattern (the values are used for comparing relative sizes and have no practical significance).

    表  1  不同地理权重矩阵下的最终特征向量集和空间自相关结果

    Table  1.   Final eigenvectors set and spatial autocorrelation results under different geographic weight matrices

    矩阵类型 Matrix type 特征向量
    Eigenvector
    发病率
    Incidence
    负二项模型
    Negative binomial model
    空间滤波模型
    Spatial filtering model
    数量
    Quantity
    向量集
    Eigenvector set
    莫兰指数
    Moran′s I
    P
    value
    莫兰指数
    Moran′s I
    P
    value
    莫兰指数
    Moran′s I
    P
    value
    Rook权重矩阵 Rook weight matrix 8 E2, E3, E6, E7, E12, E13, E14, E19 0.33 0.01 0.28 0.01 -0.11 0.91
    K=1权重矩阵 K=1 weight matrix 7 E1, E3, E4, E8, E9, E11, E22 0.27 0.02 0.16 0.01 -0.15 0.86
    距离权重矩阵 Distance weight matrix 8 E1, E5, E6, E7, E11, E12, E13, E16 0.38 0.01 0.29 0.03 -0.08 0.81
    二阶权重矩阵 Second-order weight matrix 3 E2, E3, E9 0.17 0.01 -0.02 0.56 -0.09 0.94
    下载: 导出CSV

    表  2  不同空间权重矩阵设置下模型的评价指标

    Table  2.   Evaluation index values of models under different weight settings

    评价指标
    Evaluation metrics
    空间滤波模型 Spatial filtering model 贝叶斯空间模型 Bayesian spatial model
    Rook权重矩阵
    Rook weight matrix
    K=1权重矩阵
    K=1 weight matrix
    距离权重矩阵
    Distance weight matrix
    二阶权重矩阵
    Second-order weight matrix
    Rook权重矩阵
    Rook weight matrix
    K=1权重矩阵
    K=1 weight matrix
    距离权重矩阵
    Distance weight matrix
    二阶权重矩阵
    Second-order weight matrix
    AIC 1 393.70 1 407.30 1 396.70 1 408.70
    DIC 1 399.01 1 416.79 1 398.62 1 416.45
    RMSE 2 625.39 2 807.95 2 630.29 3 129.99 2 226.77 3 114.29 2 346.57 3 102.72
    注:AIC, 赤池信息准则; DIC, 偏差信息准则; RMSE, 均方根误差。
    Note:AIC, Akaike information criterion; DIC, deviance information criterion; RMSE, root mean square error.
    下载: 导出CSV

    表  3  最优权重下模型的系数比较

    Table  3.   Comparison of coefficients of models under optimal weights

    影响因素 Influencing factor 系数 Coefficient (95% CI) s P值 value
    空间滤波模型
    Spatial filtering model
    贝叶斯空间模型
    Bayesian spatial model
    空间滤波模型
    Spatial filtering model
    贝叶斯空间模型
    Bayesian spatial model
    空间滤波模型
    Spatial filtering model
    贝叶斯空间模型
    Bayesian spatial model
    人均GDP GDP per capita -0.01(-0.07~0.07) 0.02(-0.08~0.12) 0.07 0.10 0.06
    相对湿度 Relative humidity -0.09(-0.18~-0.01) -0.12(-0.30~0.05) 0.08 0.17 0.08
    平均风速 Average speed -0.19(-0.25~-0.13) -0.03(-0.14~-0.08) 0.06 0.11 0.04
    平均温度 Average temperature -0.26(-0.34~-0.18) -0.01(-0.22~-0.21) 0.08 0.21 0.01
    注:1. GDP, 国内生产总值。
    2. “—”贝叶斯空间模型由于其统计方式的特殊性,P值不做计算,95% CI包含0则认为该影响因素无意义。
    Note: 1. GDP, gross domestic product.
    2. "—" P values are not calculated for Bayesian spatial model due to the specificity of their statistical approach, and a 95% CI interval containing 0 is considered to be meaningless for this influence factor.
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-14
  • 修回日期:  2023-01-27
  • 网络出版日期:  2023-11-20
  • 刊出日期:  2023-11-10

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