用户故事

RTI国际和宾夕法尼亚大学模型使用MATLAB和并行计算的流行病的传播

挑战

预测和控制传染病的传播

解决方案

使用MATLAB对流行病和数学平行计算工具进行建模

结果

  • 代码重新使用,减少了开发时间
  • 模拟完成了250倍
  • 展示的公共卫生应用程序

“使用并行计算工具箱,我们添加了四行代码并编写了一些简单的任务管理脚本。模拟现在花了几个月的时间在几天内运行。数学平行计算工具使我们能够利用大型群集的计算能力,而无需巨大的学习曲线。”

Diglio Simoni,RTI
MATLAB模拟了禽流感流行病。

公共卫生官员经常难以确定如何最好地防止传染病的传播。对于牲畜,他们可以制定隔离或淘汰政策;对于人类,他们可以发出旅行咨询并提供免疫接种。直到最近,官员们依靠基于启发式方法和反复试验的方法来决定何时何地执行这些政策。如今,复杂的数学模型利用了过去暴发的数据。

宾夕法尼亚大学(宾夕法尼亚大学)研究人员使用MATLAB®开发动物之间流行病的模型。研究三角研究所(RTI)扩展了这些模型,以模拟人群中的传染病暴发。

RTI使用Mathworks工具在计算机簇上并行运行数百万个动物和人类模型的模拟。人类暴发的分析是由美国国立卫生研究院赞助的传染病剂研究模型(MIDAS)的一部分。

宾夕法尼亚州流行病学讲师克里斯·罗雷斯(Chris Rorres)说:“使用数学工具,我们可以开发复杂的计算模型,并利用当今可用的大量计算能力,以更完全描述流行病的传播以及如何控制它们。”

挑战

2001年在英国发生灾难性的脚和口疾病爆发提供了大量流行病学数据,包括感染农场的规模和位置以及被感染的日期。为了分析这些数据,宾夕法尼亚州的研究人员需要建立离散的时间,离散空间,随机模型,这些模型可以改编以模拟其他疾病的传播。他们还需要灵活的工具来快速测试想法,可视化和动画模拟结果以及与非技术利益相关者进行沟通。

RTI研究人员需要扩大模拟的规模,而不会给程序员带来负担。他们需要以高效,透明且易于实现的方式使用其计算机簇的软件。

解决方案

罗尔斯(Rorres)和他在宾夕法尼亚(Penn)的同事使用MATLAB模拟和模拟疾病之间的传播。使用并行计算Toolbox™,RTI研究人员在基于64节点的计算机上加速了模拟
群集与128个处理器。

罗尔斯(Rorres)处理来自英国爆发中大约1000个农场的数据,制定了一种建模脚和口疾病的策略。

他写了MATLAB算法,以计算农场会感染该疾病的可能性。在模拟的每天的每天的时间步骤中,MATLAB确定了单个农场被感染的概率。

罗尔斯使用相同的初始条件进行了数千个蒙特卡洛模拟,并对传染性参数进行了微调,直到结果近似于实际流行病。然后,他模拟了从其他位置开始的流行病,并测试了剔除,疫苗接种和其他控制策略的有效性。

罗尔雷斯说:“我们使用MATLAB创作了电影,这些电影揭示了流行病的发展方式,并帮助非技术观众可视化我们的发现。”

罗尔斯(Rorres)适应了脚和疾病模型,以模拟禽流感的传播。RTI研究人员与Mathworks顾问合作,使用并行计算工具箱并行化Rorres的模型,并使用MATLAB Parallel Server™在其计算机群集上执行模拟。

RTI的高级计算科学家Diglio Simoni发现,在某些初始条件和参数设置下,流行病很快就消失了,而在其他条件下则延长了。为了解决这一趋势的负载平衡问题,RTI研究人员编写了MATLAB脚本,以编程方式确定可能需要相对较少的计算资源的模拟。

使用国家科学基金会的Teragrid基础设施,RTI现在是
为MIDAS开发基于代理的模型,以模拟
流行病 - 自然发生或在生物恐怖主义袭击中释放 - 在美国人口中脱颖而出。

结果

  • 代码重新使用,减少了开发时间。RTI将MIDAS模型的开发时间缩短了80%,因为研究人员能够重用Rorres为以前的动物模型创建的MATLAB代码。

  • 模拟完成了250倍。Simoni说:“在C中花了几个月的时间,我们在短短几天内使用了平行的计算工具箱。”“我们使用几行代码并行了该应用程序,使我们能够比以前快250倍。”

  • 展示的公共卫生应用程序。罗尔斯说:“我们的一位兽医研究生开发了独立的MATLAB应用程序,显示宾夕法尼亚州兰开斯特县的家禽种群中的流行状况可能看起来像是什么样的。”“应急响应人员使用该应用程序来分析情况下的情况并评估政策。”

宾夕法尼亚大学是全球1300所大学,可访问MATLAB和SIMULINK。金宝app凭借校园范围的许可,研究人员,教职员工和学生可以在最新版本的级别上使用常见的产品配置,以供任何地方使用,以便在教室,家里,实验室或现场使用。下载188bet金宝搏