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Self-consistent Estimation of Ordinary Differential Equation Parameters Describing Dynamical Systems: A Case Study of COVID-19 in Germany

Kyriakidis, Loukas und Kyriakidis, Michail (2024) Self-consistent Estimation of Ordinary Differential Equation Parameters Describing Dynamical Systems: A Case Study of COVID-19 in Germany. WSEAS Transactions on Biology and Biomedicine, 22, Seiten 53-66. WSEAS Press. ISSN 1109-9518.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://wseas.com/journals/articles.php?id=9680

Kurzfassung

Nowadays, the estimation of parameters for ordinary differential equations (ODEs) from historical data (time series) in optimization problems presents various challenges. These challenges include convergence to local minima when applying traditional optimization methods, inaccurate integration methods of ODEs during the optimization process, and inaccurate cost functions. To address these issues, we propose a novel methodology for estimating the parameters of ODEs that describe dynamic systems in fields such as biological populations, disease spread (e.g., COVID-19). Our methodology is based on the integration of trajectory simulation, optimization of a cost function using noisy data, and heuristic search algorithms such as genetic algorithms for minimization. We demonstrate the effectiveness of this methodology through one use case in this work: the evolution of the COVID-19 disease in German society during the first wave. The results show a highly accurate methodology capable of reproducing real-world curves with high precision.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207780/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Self-consistent Estimation of Ordinary Differential Equation Parameters Describing Dynamical Systems: A Case Study of COVID-19 in Germany
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kyriakidis, Loukasloukas.kyriakidis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-6634-8579171172791
Kyriakidis, Michailmkiriakidis (at) di.uoa.grNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 Oktober 2024
Erschienen in:WSEAS Transactions on Biology and Biomedicine
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:22
Seitenbereich:Seiten 53-66
Verlag:WSEAS Press
ISSN:1109-9518
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Parameter Estimation of ODEs, Genetic Algorithm, FIML, COVID-19
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D DAT - Daten
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - Kurzstudien [DAT]
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Hinterlegt von: Kyriakidis, Loukas
Hinterlegt am:07 Nov 2024 12:59
Letzte Änderung:07 Nov 2024 12:59

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