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Descripción del modelo

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Datos

Incidencia de dengue

La información de 2016 a la fecha fue obtenida de la Secretaría de Salud a través de:

La incidencia de dengue se agrega de manera semanal por semana epidemiológica en una base similar a esta:


Casos (nraw) Semana Epidemiológica (epiweek) Año Epidemiológico (year)
$d_1$ 1 13
$d_2$ 2 13
$d_3$ 3 13
... ... ...
$d_{N_d}$ 44 17

en el caso del modelo es la variable nraw dentro de datos-limpios/dengue_for_model_mx.csv.

Precipitación y temperaturas

La información de 1985 a la fecha se obtuvo de la CONAGUA a través de:

Las variables climatológicas (ej precipitación y temperatura) están agrupadas por mes y se presentan de la siguiente manera:


Temperatura Precipitación (Precipitacion) Mes (MES_NUM) Año Epidemiológico (ANIO)
$c^1_1$ $c^2_1$ 1 1
$c^1_2$ $c^2_2$ 2 1
$c^1_3$ $c^2_3$ 3 1
... ... ... ...
$c^1_{N_c}$ $c^2_{N_c}$ 44 15

en general se asume que existen $M$ variables climatológicas distintas.

Modelo

Brevemente el modelo sigue la siguiente estructura: $$\textrm{Dengue} = \textrm{Clima} + \textrm{Dengue semanas pasadas} + \textrm{Semana} + \textrm{Año}$$

Para ello se realiza primero un modelo de Clima y después los factores que se obtienen de dicho modelo se utilizan para el de Dengue.

Modelo de clima

Se asume que las variables de clima siguen el siguiente modelo: $$c_j^{\textrm{std}} \sim \text{Normal}(\mu_j,\Sigma)$$ con $c_j^{\textrm{std}} = \Big( (c_j^1 - \bar{c}^1)/\text{sd}(c^1), (c_j^2 - \bar{c}^2)/\text{sd}(c^2),\dots, (c_j^{M} - \bar{c}^M)/\text{sd}(c^M) \Big)^T$ las variables de clima estandarizadas en el momento $j$.

La media $\mu_j = (\mu_j^1,\mu_j^2,\dots, \mu_j^M)^T$ al tiempo $j$ está dada por una dependencia anual y una mensual: $$\mu_j^k = \beta_{\text{Año} (j)}^k + \beta_{\text{Mes} (j)}^k$$ para $k = 1,2\dots, M$.

Las variables de año y mes siguen estructuras jerárquicas: $$\beta_{\text{Año} (j)}^k \sim \text{Normal}(\eta_{\text{Año}},\sigma^2_{\beta_\text{Año}}) \quad \text{y} \quad \beta_{\text{Mes} (j)}^k \sim \text{Normal}(\eta_{\text{Mes}},\sigma^2_{\beta_\text{Mes}})$$ donde los hiperparámetros siguen una estructura dinámica dependiendo del mes/año anterior: $$\eta_{\text{Año}} \sim \text{Normal}(\eta_{\text{Año} - 1},\sigma^2_{\eta_\text{Año}}) \quad \text{y} \quad \eta_{\text{Mes}} \sim \text{Normal}(\eta_{\text{Mes} - 1},\sigma^2_{\eta_\text{Mes}}).$$

Por otro lado la variable $\Sigma = S\Omega S$ con $S$ una matriz diagonal dada por $$S = \text{diag}(\tau_1, \tau_2, \dots, \tau_M)$$ con $$\tau_j \sim \text{HalfCauchy}(0,2.5) \text{ y } \Omega \sim \text{LKJCorr}(\eta).$$

Las varianzas siguen distribuciones Cauchy positivas: $$\sigma^2_{\beta_\text{Año}} \sim \text{HalfCauchy}(0,2.5)$$

$$\sigma^2_{\beta_\text{Mes}} \sim \text{HalfCauchy}(0,2.5)$$

$$\sigma^2_{\eta_\text{Año}} \sim \text{HalfCauchy}(0,\sigma^2_{\eta})$$

$$\sigma^2_{\eta_\text{Mes}} \sim \text{HalfCauchy}(0,\sigma^2_{\eta})$$

$$\sigma^2_{\eta} \sim \text{HalfCauchy}(0,2.5).$$

Modelo de dengue

El modelo de dengue integra los factores mensuales del modelo de clima i.e. los $\beta_{\text{Mes} (j)}^k$ así como un componente autorregresivo (AR) de orden $R$ y componentes semanales y anuales. Si $g(d_{i})$ son los casos de dengue después de una transformación $g$ en el tiempo $i$ entonces

$$g(d_i) \sim \textrm{Normal}(m_i, \phi)$$

con $\phi \sim\text{HalfCauchy}(0, 2.5)$ y $m_i$ dada por: $$m_i = \alpha_{\text{Año} (i)} + \alpha_{\text{Semana} (i)} + \sum_{k=1}^M \alpha^k_{\text{Clima}} \cdot \beta^k_{\text{Mes} (i)} + \sum_{p=1}^R \alpha^p_{\text{AR}} \cdot g(d_{i-p})$$

donde $$\alpha^p_{\text{AR}} \sim \text{Normal}(0, \sigma^2_{AR}) \text{ y } \alpha^k_{\text{Clima}} \sim \text{Normal}(0, \sigma^2_{\text{Clima}})$$ con las a priori dadas por: $$\sigma^2_{AR}\sim\text{HalfCauchy}(0, \sigma^2) \quad \text{y} \quad \sigma^2_{Clima}\sim\text{HalfCauchy}(0, \sigma^2).$$

Las variables anuales tienen una media compartida $$\alpha_{\text{Año}} \sim \text{Normal}(\theta_{\alpha_\text{Año}},\sigma^2_{\alpha_\text{Año}})$$

mientras que las semanales tienen una estructura dinámica dada por: $$\text{Normal}(\alpha_{\text{Semana} - 1},\sigma^2_{\alpha_\text{Semana}}).$$

donde $$\sigma^2_{\alpha_\text{Año}},\sigma^2_{\alpha_{\text{Semana}}}\sim\text{HalfCauchy}(0, \sigma^2) \text{ y }\sigma^2\sim\text{HalfCauchy}(0, 2.5).$$