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复旦大学-香港大学IMBA | 肖志国:可视化的统计学是如何提升公众对疫情的认知的?

复旦大学-香港大学IMBA 2020-05-13 浏览量: 1505

一个半世纪以后,南丁格尔和斯诺所开创的现代医疗护理和流行病学研究,再次成为了全世界抗击新冠病毒疫情的最中坚的力量。

肖志国

复旦大学管理学院统计学系副系主任、副教授

研究方向:面板数据,纵向数据,测量误差模型,广义矩估计

现代统计学的起源之一是对疾病的记录与分析。这里面有两个历史上非常有名的统计图形。

第一张图如下:

这张图有很多名称,比如玫瑰(花瓣)图、鸡冠花图、极区图等。它的作者是佛罗伦萨·南丁格尔。

对,就是现代医护行业的创始人南丁格尔。她1820年出生于意大利佛罗伦萨市,父母以出生地给她取了名字。南丁格尔的教育大部分来自毕业于剑桥大学的父亲。她从父亲那里遗传了对数学的热爱,并成了著名数学家西尔韦斯特的学生。南丁格尔17岁那年在公园散步的时候突然感到自己听到了神的召唤。24岁开始她希望进入医院从事护理工作,但受到了家庭的反对,因为那时候的医护行业从业人员受教育水平很低,父母觉得有损于家庭声誉。但南丁格尔信念坚定,在朋友的帮助下,她终于获得了进入医院进行护理学习的经验。

1854年克里米亚战争爆发,南丁格尔在报纸上看到对战地英国医疗设施的批评。她自告奋勇,在1854年10月带领38个护士到达战地医院。然而,医院管理者开始并不欢迎她的到来。直到1855年3月,当战地医院感染伤寒和霍乱的伤员急剧增加,医院进入崩溃状态时,南丁格尔和她带领的护士们才被允许进入病房帮忙。南丁格尔对医院的伤病情况有非常敏锐的洞察力。她很快就发现绝大部分的士兵死亡源于糟糕的卫生条件和营养不良,而不是战伤。南丁格尔绕开官僚僵化的军队医院管理部门,通过社会捐赠的资金开拓了一个独立的医护物资供应系统。在她的领导下,战地医院的疫情迅速得到了控制。1856年4月,克里米亚战争结束,南丁格尔回到伦敦,受到了国家英雄式的欢迎。然而,萦绕在她心中的,是近万名不幸死亡的士兵的惨状。

1858年,她基于在战地医院所作的记录进行了非常详尽的分析,给皇家军队健康委员会提交了一份800多页的关于医院管理体系改革的报告。上述的图形是她报告的最大亮点之一。由于南丁格尔的图形对当时的人们来说实在是太新颖了,所有看过这个图形的人都被它所吸引。很快,在皇家军队健康委员会的推动下,英国部队医院的医护体系开始进行系统改革,并逐步推广到了其他的医院。同年,因为在医学统计上的杰出贡献,南丁格尔被推选为皇家统计学会首位女性会士。不幸的是,南丁格尔在克里米亚期间染病,这使得她在回英国之后的50多年的时间内一直卧病在床。然而,正是在这段时间,她创立了第一个护士培训学校,而且出版了200多本关于护理和医院管理的专业书籍,成为现代医护行业的创始人。

那么,医护行业带来的卫生革命,究竟对人类社会有多大影响?南丁格尔研究专家Hugh Small所做的下面这张图,清晰地表明了南丁格尔推动的这场革命对人的寿命的提升居功至伟。

第二张著名的统计图是:

这张图的作者是约翰·斯诺,一位医术精湛的医生。

同样也是在1854年,伦敦,当时世界最大城市,爆发了第三大规模的霍乱疫情。医生和科学家们普遍认为疫情是通过瘴气传播的,也就是说,腐烂物体和废弃物中的有害物质进入了空气中,形成了我们今天所说的气溶胶,人们呼吸了受污染的空气,因而染病。斯诺医生通过深入的研究发现,霍乱疫情不是通过空气而是通过饮用水传播的。

如何改变专家以及大众多年以来的固有观点?斯诺走访和统计了Soho区疫情集中爆发地的病例情况,并将病例的分布情况画在了地图上(每一个病例用一根短横线表示)。斯诺总结他的发现时写道:“我从病发现场发现,几乎所有的死亡案例都发生在布劳德大街(Broad Street)的水泵附近。只有10名死亡案例的住所靠近另一个街头水泵。而其中5个死亡家属告诉我,他们一直使用布劳德大街水泵,原因是其实布劳德大街水泵离得更近些。有3户死亡家属确认,病亡的孩子所在学校就在布劳德大街水泵附近。”1854年9月8日,在斯诺的建议下,布劳德大街上那个被污染的公用水泵的手柄被移除,疫情很快得到控制。

斯诺的霍乱分布地图被认为是现代社会的第一个流行病学分析,他本人也被认为是流行病学分析的创始人。这张图也作为疾病数据的第一个地理分析图而载入了GIS分析的经典案例集。

▲佛罗伦萨·南丁格尔

▼约翰·斯诺

一个半世纪以后,南丁格尔和斯诺所开创的现代医疗护理和流行病学研究,再次成为了全世界抗击新冠病毒疫情的最中坚的力量。

统计学作为一门以数据分析为基础提出解决方案的学科,在新冠肺炎这种突发重大新型疫情面前,可以提供哪些帮助?回顾上面的历史我们可以或许可以得到不少启发。

其中重要的一点就是,我们可以通过对疫情数据的准确的、及时的而且新颖的描述来提升公众对于疫情的认识,形成防控的凝聚力和共识。

疫情防控最基本的落脚点是个人。在疫情突发的时候,各种真真假假的信息潮水般涌来,一个简洁明了而且结论清晰的图形,尤其是当它的呈现形式相当特别的时候,很容易受到广泛传播而形成防控的共识。比如,丁香医生网站的疫情数据实时动态,迄今为止已经有超过35亿次的浏览量,影响非常大。又比如人民日报出的一系列的新型的玫瑰花瓣图就受到了广泛关注,这是南丁格尔的图形的现代版。

在全球疫情数据呈现方面,美国约翰霍普金斯大学开发的数据以及疫情分布图,现在平均每天点击次数近10亿次,其核心图形也是斯诺的霍乱分布地图的现代版。

在这方面,我们还可以进行很多有益的探索。比如下面一张图形显示的是全球主要国家每日新增死亡病例的变化情况(根据《金融时报》新冠疫情可视化结果仿做):

现在全世界都对疫情的转折点的判断非常关注,而上图综合各主要疫情国家的历史数据可以看到,在防控措施得当的重点国家或地区,大约30-40天左右可以看到疫情的回落。这个图也可以做成动态图如下:

除了对基础数据的呈现之外,我们也可以利用统计模型对疫情发展趋势做出预测,再利用图形对于关键结果进行可视化呈现。在白宫新冠病毒工作小组新闻发布会上,黛博拉·柏斯博士在总结美国当前疫情及未来趋势时,全程使用的几乎都是统计图形,其中的一个关键的导致特朗普总统改变之前的在复活节之前放松管制,并将全国管制延期到4月底的一张图,源自华盛顿大学健康度量与评估研究所Chris Murray教授的研究结果:

该结果显示,美国新冠疫情(每日新增死亡人数)的转折点预计在4月中旬。这又是一个一张统计图形改变重大决策的典型例子。

编辑:赵培灼

(本文转载自复旦大学-香港大学IMBA ,如有侵权请电话联系13331155713)

* 文章为作者独立观点,不代表MBAChina立场。采编部邮箱:news@mbachina.com,欢迎交流与合作。

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