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Tipo do documento: Dissertação
Título: Modeling and uncertainty quanti cation in the nonlinear dynamics of epidemiological phenomena: Application to Zika virus and COVID-19 outbreaks
Título(s) alternativo(s): Modelagem e quantificação das incertezas na dinâmica não-linear de fenômenos epidemiológicos: aplicação em surtos de Zika vírus e COVID-19
Autor: Caldas, Michel Antonio Tosin 
Primeiro orientador: Cunha Junior, Americo Barbosa da
Primeiro coorientador: Coelho, Flávio Codeço
Primeiro membro da banca: Arenas, Zochil González
Segundo membro da banca: Rochinha, Fernando Alves
Terceiro membro da banca: Rizzi, Rogério Luis
Resumo: Surtos por doenças infecciosas têm tomado atenção da comunidade científica geral nos últimos anos. O reconhecimento dos agressivos efeitos gerados para a saúde e economia das populações ao redor do mundo, fez com que pesquisadores das mais diversas áreas do conhecimento voltassem seus recursos para projetos nesse tema. O presente trabalho apresenta e aplica um framework para quantificação de incertezas em modelos epidemiológicos. Este é baseado em usar análise de sensibilidade global por índicas de Sobol baseados em Expansão em Polinômios Caos, combinado com o Princípio do Máximo de Entropia. O primeiro permite identificar os parâmetros de entrada mais relevantes, enquanto que o segundo orienta a construção de distribuições menos enviesadas para essas entradas. Assim, uma simulação de Monte Carlo é executada para analisar o processo estocástico de saída obtido através do modelo. O framework foi aplicado nos cenários epidemiológicos de Zika vírus no Brasil e de COVID-19 no município do Rio de Janeiro, permitindo extrair algumas estatísticas importantes sobre cada surto. Um modelo comportamental é empregado no primeiro cenário, enquanto a dinâmica multi ondas do segundo cenário é descrita por um modelo de crescimento Beta logístico. Antes de conduzir os estudos de robustez, resultados de calibração são incluídos para por as quantidades de interesse obtidas por esses modelos numa forma mais próxima dos dados reais. Discussões adicionais são feitas sobre como utilizar resultados de análise de sensibilidade para atualizar o conhecimento sobre os parâmetros, e guiar seleção de modelos
Abstract: Outbreaks due infectious diseases has been drawing attention of the scientific community in the last few years. The recognition of the aggressive effects created for the health and economy of the population worldwide made researchers from the most diverse areas of knowledge turn their resources into projects inside the theme. The present work presents and apply a framework for uncertainty quantification in epidemiological models. This is based on use global sensitivity analysis by Polynomial Chaos Expansion-based Sobol indices, combined with the Maximum Entropy Principle. The first allows to identify the most relevant input parameters, while the second one orients the construction of least biased distributions for those inputs. Then, a Monte Carlo simulation is executed to analyze the outcome stochastic process obtained through the model. The framework was applied in the epidemiological scenarios of Zika virus in Brazil and COVID-19 in Rio de Janeiro city, allowing to extract some important statistics about each outbreak. A compartmental model is employed in the first scenario, while the multi-waves dynamics of the second scenario is described by a Beta logistic growth model. Before riding the robustness study, calibration results are performed to put the quantities of interest obtained from theses models in a shape closer to the real data. Additional discussions are made about how to use sensitivity analysis results to update the knowledge about the parameters, and guide model selection
Palavras-chave: Nonlinear dynamics
Model calibration
Uncertainty quantification
Epidemiologia - Modelos matemáticos
Epidemiologia - Modelos estatísticos
Zika Virus
COVID-19 (Doença)
Epidemiological modeling
Global sensitivity analysis
Modelagem epidemiológica
Dinâmica não o linear
Calibração de modelos
Análise de sensibilidade global
Quantificação de incertezas
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e Estatística
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciências Computacionais
Citação: CALDAS, Michel Antonio Tosin. Modeling and uncertainty quantification in the nonlinear dynamics of epidemiological phenomena: application to Zika virus and COVID-19 outbreaks. 2021. 118 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20326
Data de defesa: 6-Ago-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciências Computacionais

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