应用灰色模型GM(1
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中国卫生资源2012年7月第15卷第4期 329
应用灰色模型GM(1,1)预测上海市甲肝发病率
朱奕奕 ,胡家瑜 ,冯 玮 ,袁政安。,徐飚
(1.复旦大学公共卫生学院,上海200032;2.上海市疾病预防控制中心,上海200336)
【摘要】 目的:预测上海地区甲肝的发病趋势。方法:利用上海市甲肝发病资料,应用SAS软件建立灰
色模型GM(1,1)来预测本市甲肝的发病率。结果:上海地区甲肝发病率(/10万)的灰色预测模型为: ‘ (k+1)=一122.54en158 3k+148.61,拟合检验显示本模型精度等级为2级,可以应用于预测上海市甲肝未
来的发病率。结论:灰色模型拟合和预测的结果显示上海市甲肝发病率保持持续下降的趋势。
【关键词】灰色模型;GM(1,1); 甲肝;SAS
【中图分类号】R181.8 1 【文献标识码】c 【文章编号】1007-953X(2012)04.0329.03
Application of grey model GM(1,1)to forecast incidence trend of hepatitis A ZHU Yi-yi ,HU ̄a-yu , FENG Wei ,YUAN Zheng—anz,XU Biao (J.School of Public Health,Fudan Univemi ̄,Shanghai 200032,China;
2.Shanghai Municipal Centerfor Disease Control and Prevention,Shanghai 200336,China) 【Abstract】0bjective:To forecast the incidence of hepatitis A in Shanghai.Methods:The grey model GM
(1,1)was established and incidence in future 5 years were forecasted based on the incidence of hepatitis A in Shanghai from 1990 to 2005.Results:The grey model established the forecasting equation as互…(k+1)=
一122.54e“” +148.61.The goodness of fit test indicated that the precision(degree 2)Was identified.The grey
model could be used to forecast incidence trend of hepatitis A.Conclusion:The results indicated that the incidence of hepatitis A in Shanghai declines gradually according to forecasting of GM(1,1).
【Key words】 Grey model;GM(1,I);Hepatitis A;SAS
自1988年上海发生了史上最大的甲型病毒性肝炎
(简称“甲肝”)暴发,政府和卫生部门一直对上海的甲肝
防控形势十分关注。2O世纪90年代初,国产甲肝减毒
活疫苗问世,90年代中期进口甲肝灭活疫苗进人中国市
场,疫苗给甲肝的防控提供了有效的手段,同时伴随着社
会经济的发展和生活习惯的改变等诸多影响,上海市甲
肝报告发病率呈现总体下降的趋势。灰色模型GM
(1,1)由于对样本容量和概率分布没有严格的要求,广
泛应用于社会、经济和卫生等诸多领域,是一种较为理想
的预测模型…。为了深入了解和掌握大暴发后上海市甲
肝的发病规律和流行趋势,客观评估以疫苗为主导的多
种综合性甲肝防控措施的效果,本次研究采用灰色模型
GM(1,1)对上海市历史甲肝疫情进行拟合,并预测上海
市甲肝未来的发病趋势。
1资料与方法
1.1资料来源
1990年至2010年甲型病毒性肝炎发病数数据,来源
于上海市历史疫情资料。
1.2灰色模型GM(1,1)原理与方法
根据灰色数列预测模型理论建立GM(1,1)模型 ,令
【基金项目】上海市卫生局基金资助项目,项目编号:2010186。 【收稿日期】2012—01.12;【修回日期】2012.03.27 【作者简介】朱奕奕(1976.),女,上海市人,博士研究生。主要从 事传染病流行病学研究。 【通讯作者】徐飚,E—mail:bxu@shmu.edu.CB。 X‘。’为GM(1,1)建模序列,X‘。 =( ‘。 (1), ‘。’(2),
…, ‘。’(n)),X‘ 为X 。’的一次累加生成序列, X 。 =( ‘‘’(1), ’(2),……, ‘ (n)), ‘ ’(k)=
∑ ∞’( ),k=1,2,…,n
令z‘‘’为X 。’的紧邻均值生成序列Z‘‘’=( ‘‘’(2),
= ’(3),…z‘ (n)) ’(k)=0.5x‘。’(k)+0.5x‘。’( 一1)
则GM(1,1)的灰微分方程模型为, ’(k)+
az㈩(k)=b,式中a称为发展系数,b为灰色作用量。设三
为待估参数向量,即鑫=(a,b) ,则灰微分方程(7.3.2)
的最小二乘估计参数列满足 =(B ,其中B=
,蜘- d-‘F”-+n (”=6为
灰色微分方程 (。 ( )+ ㈩( ):6的白化方程。
+ax‘ =b的解也称时间响应函数为互‘‘’(t)=( ‘ (0)
一 )e一 + ,e=2.718 28。GM(1,1)灰色微分方程
‘。’(k)+az‘‘’(k)=b的时间响应序列为
未‘ ’( +1)=[ ‘ ’(0)一 I_]e一 + ,.j}=1,2,…,n
取 ‘ ’(0)= ‘。’(1),则 ‘ (.j}+1)=[ ‘。’(1)一
]e + , =1,
2,…,n 330 Chinese Health Resources,July 2012,Vol 15,No.4
还原值 ‘。 (k+1)=互‘ (k+1)一至‘ ’(k)即为预
测方程。
1.3 GM(1,1)模型的检验
分为3个方面:残差检验;关联度检验;后验差检验。
1.3.1 残差大小检验。对模型值和实际值的残差进行逐 点检验。首先按模型计算 “ (i+1),将曼“’(i+1)累减
生成 ∞’(i),最后计算原始序列曼∞’(i)与 ∞’(f)的绝
对残差序列及相对残差序列并计算平均相对残差。 1.3.2 关联度检验。关联度检验,即通过考察模型值曲
线和建模序列曲线的相似程度进行检验。按前面所述的
关联度计算方法,计算出 (i)与原始序列 ∞ (i)的关
联系数,然后算出关联度,根据经验,关联度大于0.6便
是满意的。
1.3.3 后验差检验。计算出原始序列的平均值: ∞ =
1 ∑ ∞’(i);计算原始序列X 的均方差:
Sl= ;计算残差的均值:
= n童
i=l△(。’( );计算残差的均方差:
S2= ;计算方差比C:C=
;计算/J、残差概率:P=P{I△∞ ( )一 I
(0.674 5S,},令So=0.6745S。,e =I△∞ (i)一 I,即
P=P{e。(S。}。
若对于给定的C。)0,当c(c。时,称模型为均方差比
合格模型;如对给定的P。)0,当P)P。时,称模型为小残
差概率合格模型。一般来说,将模型拟合效果分为4 级 】,如表1所示。
表1 GM(1,1)模型精确度判断
1.4数据处理与分析 应用SAS 9.2软件IML模块实现灰色模型GM
(1,1)的计算和预测 。 导入原始数列,并通过循环语句构造累加生成数据
列,构造矩阵和数据向量,通过一系列矩阵运算,得出预
测模型的相关参数。开展残差检验、关联度检验和后验
差检验,预测模型经过检验合格并开展预测。
2结果
2.1 建立灰色预测模型GM(1,1)
计算得a=0.158 3,b=23.524 8,建立上海市甲肝
灰色预测模型: ’(k+1)=一122.54e‘。-。 。 +148.61,k=1,2,3,…。 2.2 GM(1,1)模型拟合结果
SAS程序运行部分结果如表2,总体平均相对误差为
表2计算建立GM(1,1)模型拟合结果
2.3 关联度检验和后验差检验 关联度r=0.654,满足分辨率P=0.5时的检验准
则关联度>0.60,拟合效果为较满意。
={0.15,0.92,n68,2.21,o.29,4.57,1.48,2.80,3.O1, 2.64,2.53,4.25,2.06,1.03,o.18,0.34},St:5.2621,So=
o.674 5×Sl=3.549 3,87.5%的 都小于3.549 3,故P=
0.875。s2=2.3552,后验差比值C=S2/S。=0.4476≤0.50,
参照预测精度等级表(表1),可以判断模型的预测精度为2
级,预测模型合格。
2.4 预测 对2006—2010年发病率的预测值为 ’={1.66,
1.43,1.22,1.03,0.89},预测5年甲肝发病率和实际发
病率的平均相对误差为22.83%(表3)。
表3预测2006—2010年上海市甲肝的发病率
3讨论
近20年来,甲肝是防控效果显著的传染病之一。2O
世纪90年代初甲肝减毒活疫苗和灭活疫苗相继推出并
上市,甲肝发病率下降较为明显,但由于甲肝疫苗未纳入
扩大免疫规划之前,人群中甲肝疫苗的接种一直奉行自
愿自费的原则,因此,控制效果并不稳定,2000年甲肝报
告发病率出现短时的升高,至2003年降至1999年水平,
随后一直保持下降趋势并维持在较低水平。2008年开
始,国家将甲肝疫苗纳入扩大免疫规划,上海甲肝发病率
进入稳定快速下降的新阶段。作为一种涉及社会经济、
环境卫生、疫苗接种和个体生活饮食习惯等众多影响因
素的传染病,灰色模型GM(1,1)可以用等时距观测到的
反映预测对象特征的一系列数量,构造灰色预测模型,