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Towards Graph Neural Network Surrogates Leveraging Mechanistic Expert Knowledge for Pandemic Response

Schmidt, Agatha und Zunker, Henrik und Heinlein, Alexander und Kühn, Martin Joachim (2024) Towards Graph Neural Network Surrogates Leveraging Mechanistic Expert Knowledge for Pandemic Response. [sonstige Veröffentlichung]

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1MB

Offizielle URL: https://arxiv.org/abs/2411.06500

Kurzfassung

During the COVID-19 crisis, mechanistic models have been proven fundamental to guide evidence-based decision making. However, time-critical decisions in a dynamically changing environment restrict the time available for modelers to gather supporting evidence. As infectious disease dynamics are often heterogeneous on a spatial or demographic scale, models should be resolved accordingly. In addition, with a large number of potential interventions, all scenarios can barely be computed on time, even when using supercomputing facilities. We suggest to combine complex mechanistic models with data-driven surrogate models to allow for on-the-fly model adaptations by public health experts. We build upon a spatially and demographically resolved infectious disease model and train a graph neural network for data sets representing early phases of the pandemic. The resulting networks reached an execution time of less than a second, a significant speedup compared to the metapopulation approach. The suggested approach yields potential for on-the-fly execution and, thus, integration of disease dynamics models in low-barrier website applications. For the approach to be used with decision-making, datasets with larger variance will have to be considered.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/209603/
Dokumentart:sonstige Veröffentlichung
Titel:Towards Graph Neural Network Surrogates Leveraging Mechanistic Expert Knowledge for Pandemic Response
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmidt, AgathaAgatha.Schmidt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zunker, Henrikhenrik.zunker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9825-365X172669697
Heinlein, AlexanderA.Heinlein (at) tudelft.nlhttps://orcid.org/0000-0003-1578-8104NICHT SPEZIFIZIERT
Kühn, Martin JoachimMartin.Kuehn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0906-6984NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:Arxiv
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Machine learning, surrogate models, graph neural networks, infectious diseases, decision making, on-the-fly computing
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Aufgaben SISTEC
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Hinterlegt von: Kühn, Dr. Martin Joachim
Hinterlegt am:28 Nov 2024 09:50
Letzte Änderung:28 Nov 2024 09:50

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