Разработанная учеными СПбГУ модель прогнозирования эпидемий подтвердила свою эффективность
Ученые СПбГУ подтвердили эффективность созданной ими ранее математической модели прогнозирования развития эпидемий. Основой анализа стали ретроспективные данные пандемии коронавируса в Москве и Санкт‑Петербурге в 2020‑2021 годах. Вероятность ошибки модели не превысила 1 %.
В 2021‑2022 годах коллектив ученых Центра аналитики динамических процессов и систем СПбГУ разработал новый подход к исследованию динамических систем притока и оттока со стохастическими параметрами и новую методологию прогнозирования динамики таких систем. С помощью своей разработки математики Университета смогли определить новые пики роста заболеваемости пандемии COVID‑19 и ключевые показатели распространения заболевания.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Вопросы вирусологии»
В основу системы легла гипотеза о природном характере влияния многочисленных факторов на динамику заболеваемости и распространения эпидемии. Поэтому в качестве математической модели математики СПбГУ использовали динамическую игру против природы. Оказалось, что динамика распространения новых вирусов, как и динамика роста численности населения отдельных стран или всей планеты, может быть описана с помощью модели со стохастическими, то есть случайными, параметрами. Такой подход позволил несколько раз с высокой точностью спрогнозировать рост числа заболевших в Санкт‑Петербурге.
Разработка математиков СПбГУ верно спрогнозировала динамику количества заболеваемости в пик пандемии. Об этом Виктор Захаров рассказывал в интервью «Известиям». Уже после первого месяца наблюдений модель с высокой точностью прогнозировала общее количество заболевших на ближайшие три‑четыре недели. Позднее математики модифицировали свою разработку, адаптировав ее для прогноза любых эпидемий.
Математические модели динамических систем постоянно нуждаются в обновлении, принимая в расчет все больше факторов. Для подтверждения эффективности и работоспособности модели ученые провели ретроспективный анализ и составили прогноз распространения вирусов в реальном времени на примере COVID‑19 в Санкт‑Петербурге и в Москве в пик пандемии.
Представленные в работе ретроспективные двухнедельные прогнозы общего количества заболевших и количества активных случаев COVID‑19 продемонстрировали достаточно высокую точность как в Москве, так и в Санкт‑Петербурге. Ошибка MAPE (mean absolute percentage error) общего количества заболевших на пиках заболеваемости, как правило, не превышала 1 %, что можно считать хорошим и достоверным результатом с точки зрения прогнозирования.
Научный руководитель Центра аналитики динамических процессов и систем, профессор СПбГУ Виктор Захаров
В рамках своего исследования ученые Университета сравнили прогнозные и фактические показатели о количестве новых случаев заражения коронавирусом, общее количество заболевших и их динамику на фоне появления новых штаммов COVID‑19 для Москвы и Санкт‑Петербурга. Так, данные прогнозов, составленных до апреля 2020 года, имели отклонение от фактических в среднем до 20 %. Тогда как к началу мая 2020 года, когда модель обучилась на данных марта — апреля, ошибки уже в среднем не превышали 1 %.
Таким образом, исследование показало, что созданная математиками Санкт‑Петербургского университета модель по своим показателям превосходит существовавшие ранее аналоги SIR и ARIMA. Следует отметить, что данные модели до недавнего времени были основными прогностическими инструментами, на которые могли опираться органы государственной власти. В СПбГУ же предложили более точную альтернативу.
Следует отметить, что проект разработки модели прогнозирования эпидемий был поддержан грантом Санкт‑Петербургского научного фонда, созданного в 2021 году по поручению губернатора Александра Беглова.
Санкт‑Петербургский государственный университет — старейший университет России — был основан 28 января (8 февраля) 1724 года, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук. Сегодня СПбГУ — один из крупнейших научно‑образовательных центров. Здесь учатся более 20 тысяч студентов, созданы более 15 крупных лабораторий и 23 ресурсных центра, входящих в ведущий Научный парк страны. Выпускники Университета неоднократно становились лауреатами Нобелевской и Филдсовской премий.
С недавних пор Северная столица официально отмечает новый праздник — День Санкт‑Петербургского государственного университета, внесенный в закон Санкт‑Петербурга «О праздниках и памятных датах в Санкт‑Петербурге».
В феврале 2025 года состоялась торжественная церемония, в ходе которой космонавты «Роскосмоса» передали Университету флаг «300 лет СПбГУ», проделавший путь до Международной космической станции и обратно.