當前新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情牽動著全球關注。隨著中國初步呈現疫情防控形勢持續向好、生產生活秩序正在加快重回軌道,大家開始談論起“拐點”。那么,拐點到底是什么?數據科學還可以如何助力全國以及全球抗擊疫情?
從學術的角度來看,“拐點”(Inflection Point)也稱“反曲點”,字面含義即為一條連續曲線上改變凹凸性的點。隨著拐點的到來,曲線的曲率將發生實質性變化。所以在明確什么是拐點以前,我們需要理解什么是曲線,以及繪制曲線時所采納的一些假設。在數學中,曲線是從區間到拓撲空間的連續函數的圖像。如果我們已知一個描述曲線的基本函數,就可以論證該曲線是否存在拐點并估算它在曲線上的位置。然而在現實世界中,幾乎沒有任何事物發展會嚴格遵循已知的函數和它所代表的曲線。因此,我們通常利用已知數據來繪制曲線,并通過觀測到的拐點來進一步理解曲線的外形和預測未來曲線的形態。
不同學科研究都會廣泛應用曲線來分析理解復雜現象、非線性關系與事物長期的演變發展,例如自然環境資源承載力(生態學)和經濟增長動能(經濟學)都是,流行病學研究也常采用曲線以顯示新發病例隨疾病發生的時間而增減的變化頻率。在流行病暴發期間,醫療單位會定期(每日或每周)發布新感染病例(即確診病例),而新報告病例的趨勢表明疫情是惡化還是在改善。通過實際采集的數據,我們可以繪制連續而平滑的曲線,并通過觀測曲線的曲率來估算疫情的變化并大致預測未來趨勢。同時,配合過往的流行病案例(例如2002年中國非典疫情與2009年H1N1流感疫情),以及其對應的歷史數據,也能輔助我們理解不同類型的疫病的發展形態。