RTI国际和宾夕法尼亚大学使用MATLAB和并行计算模拟了流行病的传播

挑战

预测和控制传染病的传播

解决方案

使用MATLAB模拟流行病和MATHWORKS并行计算工具,以加速在计算机集群上的数百万蒙特卡罗模拟的处理

结果

  • 代码重用,减少了开发时间
  • 模拟速度快了250倍
  • 公共卫生应用示范

“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。几天运行的仿真拍摄了数月。Mathworks并行计算工具使我们能够利用大型集群的计算能力而无需巨大的学习曲线."

Diglio Simoni,Rti
Matlab模拟禽流感流行病。

公共卫生官员经常努力确定如何最好地防止传染病的传播。对牲畜实行检疫或扑杀政策;对于人类,他们可以发布旅行警告,并提供免疫接种。直到最近,官员们还依靠基于启发式和试错法的研究来决定何时何地实施这些政策。如今,复杂的数学模型利用了过去疫情爆发的数据。

宾夕法尼亚大学(宾夕法尼亚州大学)研究人员使用MATLAB®在动物之间制定流行病学模式。研究三角学院(RTI)扩展了那些模型来模拟人类人口中的传染病爆发。

RTI使用MathWorks工具在计算机集群上并行运行数百万个动物和人类模型的模拟。对人类疾病暴发的分析是由美国国立卫生研究院赞助的传染病媒介模型研究(MIDAS)的一部分。

“使用MathWorks工具,我们可以开发复杂的计算模型,并利用今天可用的大规模计算能力更完全描述如何控制流行病如何传播以及如何控制它们,”流行病学讲师说。

挑战

2001年在U.K的灾难性的脚口病爆发。提供了丰富的流行病学数据,包括感染农场的大小和位置以及他们被感染的日期。为了分析该数据,Penn研究人员需要建立离散时间,离散空间,随机模型,可以适应模拟其他疾病的传播。他们还需要灵活的工具,用于快速测试思路,可视化和动画模拟结果,以及与非技术利益相关者进行通信。

RTI研究人员需要扩展模拟,而不会对他们的程序员施加负担。它们需要将其计算机集群以高效,透明且易于实施的方式使用的软件。

解决方案

Rorres和他的同事在Penn使用Matlab来模拟并模拟动物之间的疾病传播。使用并行计算工具箱™,RTI研究人员加快了基于64节点Linux的计算机上的模拟
拥有128个处理器的集群。

通过研究在英国爆发的口蹄疫疫情中受到感染的大约1000个农场的数据,Rorres开发了一种模拟口蹄疫传播的策略。

他写了Matlab算法,计算了农场将收缩疾病的可能性。在模拟的每一天长时间步骤中,Matlab确定了一个农场将被感染的概率。

Rorres使用相同的初始条件进行了数千次蒙特卡罗模拟,并对传染参数进行了微调,直到结果接近实际的流行病。然后,他模拟了从其他地点开始的流行病,并测试了扑杀、接种疫苗和其他控制政策的有效性。

罗雷斯说:“我们使用MATLAB创建了揭示流行病发展模式的电影,帮助非技术观众将我们的发现形象化。”

罗雷斯采用口蹄疫模型来模拟禽流感的传播。RTI的研究人员与MathWorks的顾问合作,使用并行计算工具箱来并行化Rorres的模型,并使用MATLAB并行服务器™在他们的计算机集群上执行模拟。

RTI的高级计算科学家Diglio Simoni发现,在一些初始条件和参数设置下,流行病很快消失,而在其他条件下,它们会延长。为了解决这种趋势产生的负载平衡问题,RTI研究人员编写了MATLAB脚本,以编程方式识别可能需要相对较少计算资源的仿真。

使用国家科学基金会的特拉维德基础设施,RTI现在
开发了一种基于agent的MIDAS模型,用于模拟计算机的扩展
在整个美国人口中,在生物恐怖主义攻击中发生或释放的疫情自然。

结果

  • 代码重用,减少了开发时间.RTI将MIDAS模型的开发时间缩短了80%,因为研究人员能够将Rorres创建的MATLAB代码用于以前的动物模型。

  • 模拟速度快了250倍.Simoni说:“用C语言需要几个月才能完成的事情,我们用并行计算工具箱只需几天就能完成。”“我们用几行代码将应用程序并行化,使我们能够以比以前快250倍的速度完成流行病模拟。”

  • 公共卫生应用示范.“我们的兽医研究生之一开发出一个独立的Matlab应用程序,展示宾夕法尼亚州兰开斯特县兰开斯特县的家禽种群的流行病,可能是这样的,”罗雷斯说。“紧急响应人员使用申请分析了什么方案和评估政策。”

宾夕法尼亚大学是全球1300所提供校园访问MATLAB和Simulink的大学之一。金宝app有了校园范围的许可证,研究人员、教师和学生可以访问最新发布级别的通用产品配置,以便在任何地方使用——在教室、家里、实验室或现场。下载188bet金宝搏