隔離檢測、旅行限制、啟用定點醫(yī)院、發(fā)放防疫物資……當一場大流行病突如其來時，如何精準把握這些防控政策的時度效，最大程度減少各項損失?傳染病仿真系統(tǒng)正逐漸成為一個重要工具，引起各國重視。

作為一種常見研究手段，仿真在諸多科學領域有著廣泛應用。通過對現(xiàn)實世界的簡化，它可以解釋數(shù)據(jù)、預測和設計行動。當傳染病暴發(fā)時，我們也能基于各項數(shù)據(jù)建模，估算出它的傳染速度、危險程度等，為開展應急處置策略提供依據(jù)，對干預措施開展成本效益分析。早在1927年，傳染病學領域就提出了經(jīng)典的“倉室模型”，基于數(shù)學邏輯方法和語言，根據(jù)是否感染、康復等標準，將不同類型的人群分為不同“倉室”，針對人群在不同倉室間的轉移概率，使用微分方程來建模求解，進而完成相關估計和預測。

不過，現(xiàn)實情況往往比模型復雜得多。縱觀人類發(fā)展史，可以說是一部人類與傳染病做斗爭的歷史。城鎮(zhèn)化加快、國際經(jīng)貿發(fā)展、社會交往增加等，使傳染病傳播的速度更快、范圍更廣、危害也更大，迫切需要對其進行更加精確的模擬。

隨著信息時代的到來，海量數(shù)據(jù)得到收集與儲存，計算機運算能力不斷提高，“基于個體模型”應運而生。與“倉室模型”將人群粗分為幾大類不同，這是結合計算機技術對世界的一個“仿真建模”，如同為真實世界打造一個沙盤。它將每個人視為獨立的對象，通過模擬微觀層面的個體行為，例如人與人或環(huán)境之間的接觸、感染后的病程等，自下而上地對宏觀層面的復雜動態(tài)進行詮釋，推演出系統(tǒng)的宏觀結果。

除了透視當下復雜動態(tài)，仿真模型還可以把時鐘調撥到過去或未來，通過復盤已發(fā)生事件來溯源問題癥結，或者通過預判即將發(fā)生的事情來防患于未然。比如，可依據(jù)真實的人口統(tǒng)計學數(shù)據(jù)生成虛擬城市，模擬病毒在城市中的傳播，仿真出停工、停學、擴大社交距離等各項手段的效果，為科學施策提供依據(jù)。

沙盤越逼真，提供的防控建議越可靠。因此，基于個體的仿真模型要真正發(fā)揮效果，提高仿真質量是關鍵。疫情分析系統(tǒng)主要由模型和數(shù)據(jù)兩部分組成。在大數(shù)據(jù)時代，除了關注分析模型外，科學家們越來越重視數(shù)據(jù)真?zhèn)巍⒕取⒖尚哦鹊葐栴}，通過利用多源信息融合等技術去粗取精、去偽存真，為模型輸入更高質量的數(shù)據(jù)，提高分析結果的準確性。

對全球性流行病建模，國際科學合作尤為重要。進行全球范圍的疫情仿真，需要各國積極分享感染率、海陸空交通流量等信息，為跨國旅行的模擬及限流措施的制定提供更全面的數(shù)據(jù)。不同國家在制定自身防控政策時也可以參考使用仿真系統(tǒng)。目前，我們團隊的建模研究成果已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織的新冠肺炎疫情數(shù)據(jù)庫收錄，為支持全球抗疫工作貢獻了中國智慧。

(吳琳王飛作者單位：中國科學院計算技術研究所)

關鍵詞： 仿真 科學領域