Прогнозы ученых КПИ должны помочь Украине в борьбе с коронавирусом

Сценарии развития пандемии коронавируса, которые разрабатывает команда ученых проекта «ФОРСАЙТ COVID-19» Мирового центра данных «Геоинформатика и устойчивое развитие» при КПИ им. Игоря Сикорского , помогают ответить на вопрос, как будут жить украинцы в условиях пандемии ближайшие месяцы, как изменится мир и Украина после завершения пандемии, когда это может произойти?

Этим проблемам посвящена серия исследований ученых, направленных на осуществление прогнозного моделирования и предсказания (форсайта) указанных явлений надолгосрочном (несколько лет), среднесрочном (несколько месяцев) и краткосрочном (5-7 дней) временных горизонтах.

В первом из них осуществлена ​​попытка системно проанализировать циклический характер возникновения пандемий и их влияние на экономику и общество глобального мира на долгосрочном временном отрезке. Проанализировано влияние пандемий свиного гриппа, Эбола и коронавируса (которые происходили в течение последних 12 лет) на развитие мировой экономики и глобального общества. Показано, что эти пандемии носят циклический характер с периодом повторения, который примерно равен пяти годам. Они существенно влияют на мировую экономику, приводя к разрыву экономических цепей и торможению развития экономики и общества.

Путем сопоставления на временной оси сроков действий этих пандемий с 40-50-летними экономическими циклами Николая Кондратьева, основанными на изменении технологических укладов общества; 7-11-летними циклами Клемента Жюгляра, связанными с направленностью инвестиций в бизнес и промышленным индексом Доу-Джонса, отражающим общую капитализацию 30 крупнейших американских компаний, были сделаны следующие выводы:

- в 2020-2021 году заканчивается понижающая волна 5-го цикла Кондратьева, которая с переходом к следующему технологическому укладу переключается на повышающую волну 6-го К-цикла, указывает на объективные условия дальнейшего длительного подъема мировой экономики;
- в то же время, старт этого подъема на временном отрезке 2020-2021 годы существенно ослабляется разрывом традиционных экономических цепочек в результате пандемии коронавируса, значительным «распылением» (розфокусованостью) инвестиций в различные бизнесы (как устаревшие, так и перспективные), что приводит к достижению очередного дна цикла Жюгляра и падению на 30-40% индекса Доу-Джонса;
- этот спад за Жюгляром должен продолжаться примерно в течение года, во время которого состоится перенаправление инвестиций на технологии 6-го уклада. После превышения вклада в мировой ВВП более 5-7% за счет технологий 6-го уклада должен начаться подъем глобальной экономики как по Кондратьеву, так и по Жюгляру;
– согласно результатам прогнозного моделирования указанные положительные изменения могут начаться как в глобальном обществе, так и в Украине уже в конце 2021 года.

Первое исследование проводилось с использованием интеллектуального анализа данных (Data Mining), принципа подобия в математическом моделировании (Principle of Similarity in Mathematical Modeling), корреляционного анализа (Сorrelation Аnalysis), регрессионного анализа (Regression Analysis).

Второе исследование команды проекта было посвящено анализу особенностей развития пандемии коронавируса в Украине на среднесрочном временном отрезке (несколько месяцев), учитывая ее территориальную неравномерность в разных регионах страны, уровень соблюдения условий карантина, процент инфицированных врачей по сравнению с другими странами Европы, масштаб проведения тестов и с учетом других факторов.
С применением методов корреляционного и регрессионного анализа и принципа подобия в математическом моделировании было показано, что на среднесрочном временном горизонте (до конца августа 2020 года) процесс распространения коронавируса в Украине может пройти следующие фазы:

- к третьей декаде мая 2020 года наиболее вероятным будет нарастание пандемии с переменным характером (линейный рост может временно переходить в экспоненциальный и наоборот). Это объясняется худшим в Европе соблюдением режима карантина, самым низким в Европе процентом проведенных тестов на коронавирус, самым высоким в Европе процентом инфицированных врачей и некоторыми другими неблагоприятными факторами;
- в течение третьей декады мая наиболее вероятным может быть пик пандемии;
- медленное угасание пандемии коронавируса может происходить в течение самой теплой поры года в Украине, с конца мая до конца августа 2020 года, по мере постепенного приобретения населением коллективного иммунитета, улучшением работы системы здравоохранения, повышением социальной ответственности и сознания населения;
- в течение осенне-зимнего периода 2020-2021 годов не исключено появление второй волны пандемии.
В рамках среднесрочного прогнозного моделирования командой проекта было выполнено prognoznogo modelirovaniya komandoy proy исследования региональных особенностей распространения пандемии коронавируса, учитывая значительную территориальную неравномерность этого процесса на территории страны, различия коммуникации населения, различные религиозные традиции, неравномерность миграционных потоков, региональные особенности противодействия и борьбы с болезнью и тому подобное.

Ставилась задача выявления и анализа тренда количества новых инфицированных больных в областях Украины, г. Киеве и в стране в целом, исходя из существенной неоднородности и нестационарности процессов распространения коронавируса, их стохастической природы и высокой волатильности. Были использованы методы технического анализа временных рядов с применением базовых индикаторов«zigzag» и «supertrend» для отслеживания основных трендов на фондовых рынках, которые по характеру волатильности подобные трендам распространения коронавируса.

Результаты прогнозного моделирования позволили классифицировать все регионы Украины на четыре группы:

- со стабильным (линейным) по характеру течения процесса пандемии (Житомирская, Ивано-Франковская, Киевская, Ровенская, Харьковская, Черновицкая, Николаевская) области;
- с тенденцией роста количества новых выявленных больных за день (г. Киев, Винницкая, Волынская, Днепропетровская, Львовская) области;
- с тенденцией падения количества новых выявленных больных за день (Кировоградская, Запорожская, Полтавская, Сумская, Херсонская, Черкасская, Тернопольская) области;
- с неопределенной тенденцией (Донецкая, Луганская, Николаевская, Хмельницкая, Черниговская) области в связи с недостаточным, на время проведения исследования, количеством данных для анализа (было зафиксировано менее 200 больных).

Краткосрочное (корректирующее) прогнозное моделирование выполняется учеными каждые пять дней с использованием многослойной нейронной сети Back Propagation на основе механизма «скользящего окна» с количеством точек данных для обучения нейронной сети - 12 (). Результаты этого исследования показали, что для Украины на пятнадцатидневном отрезке времени (06.05.20 - 20.05.20) характер развития пандемии приобретает более четкий линейный характер с уровнем «плато» - (400-550) новых инфицированных в день. Такой характер развития процесса может продлиться до третьей декады мая 2020 года, в течение которой вероятно может наступить пик пандемии. После чего, пандемия вероятно может пойти на спад (количество ежедневно инфицированных будет устойчиво ниже количества ежедневно выздоровевших людей).

Для города Киева, в течение пятнадцатидневного отрезка времени (06.05.20 - 20.05.20) процесс развития пандемии является пока более нестационарным с вероятным снижением его волатильности и приобретением более четкого линейного характера на следующей неделе.

Средняя абсолютная погрешность в процентах выполненного прогноза не превышает MAPE = 1.878 для Украины и МАРЕ = 2.3% для г. Киева. Исследователи отмечают, что на больших объемах данных (как это имеет место для Украины по сравнению с г. Киевом) нейронная сеть Back Propagationявляется менее чувствительной к краткосрочным возмущениям и всплескам и позволяет получить меньшую погрешность прогноза.

Результаты прогнозного моделирования также указывают на то, что количество ежедневно выздоровевших людей в Украине приближается к количеству ежедневно инфицированных людей. Команда проекта ожидает, что в третьей декаде мая этот баланс может стать устойчиво положительным, что будет свидетельствоватьо начале спада пандемии.
Более 250 средств массовой информации опубликовали результаты исследований ученых КПИ. Данные, полученные учеными, могут стать важными для принятия дальнейших решений относительно эффективного преодоления последствий пандемии в стране и перестройки экономики и общественных институтов после ее завершения, исходя из новых реалий глобального мира и Украины.