网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

监测预警基础54-八小篇搞懂DLNM之3:拆解两大核心组件→DLM 模型与样条函数

0
分享至


系列简介

这是我们一系列原创技术贴,从易到难,每天学习一点。所有内容均为疾控数据分析、科研论文相关,或者说很多和现在的热门监测预警相关,所以我们这个系列就叫“监测预警基础”。

之前很多老师反馈这种小专题的形式特别好,可以一口气彻底学透一种方法,好的,我们又来了!

这次是分布滞后非线性模型,我们初步计划用8小节左右的内容讲通它的前世今生,以及如何使用。所以我们这个小专题的名字就叫做《八小篇搞懂DLNM》

今天是第3小篇——要学DLNM,比如了解其2大组件,DLM 模型与样条函数。

上一篇我们讲透了 GLM 与 GAM:GLM 是计数数据建模的基础,但只能拟合线性关系;GAM 加入平滑函数解决了非线性问题,却始终没法系统、完整地分析多日滞后效应。

想要同时搞定 “非线性 + 滞后效应”,我们还需要两块关键拼图:一块是专门破解滞后效应的分布滞后线性模型(DLM),另一块是实现非线性拟合的核心工具 —— 样条函数。今天我们就把这两个组件拆解得明明白白,公式配逐符号解读,搞懂它们,DLNM 的核心原理就通了一大半。


1. 为什么单天滞后分析不够用?

在 DLM 出现之前,研究滞后效应的做法非常 “粗糙”:要么只单独分析当天(lag0)、滞后 1 天(lag1)、滞后 7 天(lag7)等几个孤立时间点,只能看到零散的效应,没法还原完整的变化过程;要么把滞后 0 天到滞后 14 天的暴露全部塞进模型,但相邻日期的温度、湿度高度相关,会引发严重的多重共线性 ——模型根本分不清发病变化到底是哪一天的暴露导致的,结果波动极大、完全不可靠。

而疾控的真实场景里,滞后效应是一个连续的过程:比如高温对死亡的影响,通常滞后 2~3 天达到峰值,之后逐渐减弱,甚至后期还会出现 “收割效应”;寒潮对流感发病的影响,可能在 3~7 天持续走高。我们需要的是一整条完整的 “滞后效应曲线”,而不是几个孤立的点。

分布滞后线性模型(Distributed Lag Linear Model, DLM)就是为解决这个问题诞生的。

2. DLM 的核心思想:把效应 “分布” 在整个滞后期
DLM 的核心逻辑可以用一句话概括:它不再用一个单一的系数描述暴露的效应,而是将健康效应 “分布” 到一段连续的滞后时间里,给每一个滞后天数都对应一个效应系数,最终呈现出一条随时间变化的滞后效应曲线。
在此基础上,我们还能把所有滞后天数的效应累加,得到整个滞后期的累积总效应—— 这是评估暴露健康负担最核心的指标之一。
3. DLM 的标准公式与逐符号解读
疾控场景下,我们依然基于泊松分布的时间序列框架,DLM 的标准形式如下:


实际建模时,我们并不会直接把十几天的滞后项全部放进模型(依然会有共线性问题),而是对滞后维度的系数也施加 “平滑约束”(比如用多项式或样条),让相邻滞后天数的效应平缓变化。这既解决了共线性,又能得到平滑的滞后曲线,是分布滞后模型的精髓。
4. DLM 的优势与核心局限
核心优势在于
第一,可以完整刻画从滞后 0 天到最大滞后期的连续效应变化,精准识别效应峰值出现的时间、持续时长。 第二,能够计算整个滞后期的累积总效应,更全面地评估暴露的健康负担。 第三,模型框架依然基于 GLM,逻辑清晰,结果解读直观。
致命短板在于它本质上还是线性模型公式里的时间的系数是固定值,意味着 “暴露每升高 1 个单位,风险的变化比例是固定的”。和 GLM 一样,它默认低温升高 1℃和高温再升高 1℃,带来的风险变化幅度完全相同 —— 这显然不符合真实的 U 型、J 型暴露 - 反应关系。也就是说DLM 完美解决了滞后效应的分析问题,但依然跳不出线性假设的束缚。

搞懂了滞后维度的工具,我们再来看非线性维度的核心 ——样条函数。它是 GAM 能拟合曲线的秘诀,也是 DLNM 实现非线性的基础。

1. 从 “分段直线” 到 “平滑曲线”:样条是怎么来的?
想要拟合非线性关系,最朴素的想法是分段回归比如把温度分成低温、中温、高温三段,每段单独拟合一条直线。但这种方法有个硬伤:两段直线在节点处是 “硬转折”,非常生硬,既不符合真实的生物机制,也容易受节点位置的影响。

样条函数就是对分段回归的升级:它同样是 “分段拟合”,但每一段用的是多项式曲线(最常用三次多项式),并且在分段的节点处保证曲线光滑连接(一阶、二阶导数连续)。大白话讲:就像用几根柔软的木条,在节点处固定拼接,最终得到一条顺滑、连续的曲线,既能灵活贴合数据的真实走势,又不会出现生硬的折角。

2. 样条函数的三个核心概念
不用深究复杂的数学推导,疾控研究者只要搞懂三个核心概念,就能用好样条:
第一、节点(Knots)曲线分段的分界点。节点数量决定了曲线的分段数:节点越多,曲线越灵活,越能捕捉细微的波动;但节点过多容易过度拟合,把随机噪声当成真实规律。疾控研究中,温度这类核心暴露的样条通常设置 3~5 个节点即可。
第二、自由度(df)可以理解为曲线的 “弯曲能力”,和节点数直接相关。自由度越小,曲线越接近直线;自由度越大,曲线越灵活。这是我们调参最常接触的参数:温度的暴露 - 反应曲线通常取 4~6 个自由度,滞后维度的样条通常取 3~4 个自由度。
第三、三次样条最常用的样条类型,每一段都是三次多项式,能保证节点处曲线平滑、没有折角,足够适配绝大多数公共卫生研究的非线性关系。
3.疾控研究最常用的两类样条
第一是自然样条(Natural Spline, ns),是在普通三次样条的基础上,对两端边界施加了线性约束,避免曲线在暴露水平的两端剧烈波动、出现不符合常识的结果。这是环境健康、传染病气象研究中最常用的样条,非常适合拟合温度、污染物的暴露 - 反应关系。
第二是B 样条(Basis Spline, bs),也就是基函数样条,灵活性更强,边界表现更丰富。在 DLNM 中,暴露维度和滞后维度的交叉基,通常都基于 B 样条构建。


讲到这里,一个非常清晰的 “互补局面” 就摆在眼前:

DLM能完美刻画滞后维度的效应分布,却只能分析线性的暴露 - 反应关系。样条函数能精准拟合暴露维度的非线性曲线,却没法系统处理多日滞后效应

既然两者各有所长,一个非常自然的思路就诞生了:能不能把两者结合起来 —— 在暴露维度用样条搞定非线性,在滞后维度用分布滞后思路搞定时间效应?

这正是分布滞后非线性模型(DLNM)的核心设计思想:它通过交叉基函数(Cross-basis),把暴露维度的样条基和滞后维度的滞后基进行交叉组合,同时在两个维度上进行平滑拟合,最终构建出一个 “暴露水平 - 滞后天数 - 发病风险” 的三维效应曲面。

下一篇,我们就正式走进 DLNM 的核心,拆解交叉基函数的逻辑,把 DLNM 的完整原理彻底讲透。



编辑:普通疾控人 | 审核:诗酒趁年华

文章来源 | 原创

说明 | 转载只为分享,如有侵权联系删除

©版权声明 | 部分信息和图片来自公开网络

转载请注明

再次转载请注明出处


科普健康 | 宣传疾控

本号为多位疾控机构从业者运营

重点关注国内外健康事件

致力于疾控科普

在做好科普服务大众的同时

做好疾控机构的宣传

让更多的人了解疾控,拥抱健康

欢迎加「小编」微信(cdcjkr126com)

本文具体说明

本文为原创内容,文章为个人理解所学,不涉及疫情信息及内部保密数据,发表的目的为自我总结及给有需求的人士学习使用。如有不妥之处,欢迎联系小编修改、删除。

更多精彩视频,尽在“CDC疾控人”视频号


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
国庆21亿人次大迁徙,社零却只有1.1%:人都出门了,钱去哪了?

国庆21亿人次大迁徙,社零却只有1.1%:人都出门了,钱去哪了?

罗sir财话
2026-10-07 13:12:57
欠薪2300万元!估值140亿的机器人巨头,如今连工资都发不出来了

欠薪2300万元!估值140亿的机器人巨头,如今连工资都发不出来了

李砍柴
2026-10-07 18:56:23
降价9万仍无人问津,库存超250万辆,经销商应该怎么跳出死循环?

降价9万仍无人问津,库存超250万辆,经销商应该怎么跳出死循环?

沙雕小琳琳
2026-10-05 12:50:27
俄官方称鼠疫研究机构一名员工确诊“不明原因肺炎”

俄官方称鼠疫研究机构一名员工确诊“不明原因肺炎”

界面新闻
2026-10-07 20:32:28
蔡康永风波再升级!发声惹众怒,官媒下场,这次谁也“救”不了他

蔡康永风波再升级!发声惹众怒,官媒下场,这次谁也“救”不了他

喜欢历史的阿繁
2026-10-07 17:49:43
奉劝大家,没事少组织家庭聚餐

奉劝大家,没事少组织家庭聚餐

阿凯销售场
2026-10-07 01:05:44
全球第一大高铁站日客流破百万,武汉三大站加起来都比不上

全球第一大高铁站日客流破百万,武汉三大站加起来都比不上

金哥说新能源车
2026-10-07 18:02:27
何超莲34岁生日全家福曝光!老公零点庆祝,丸子头短裤嫩回24岁

何超莲34岁生日全家福曝光!老公零点庆祝,丸子头短裤嫩回24岁

手工制作阿歼
2026-10-07 17:43:54
28岁实验员打碎病原体试管后离世,近200人隔离,鼠疫疑云再起

28岁实验员打碎病原体试管后离世,近200人隔离,鼠疫疑云再起

庄时利和
2026-10-07 13:41:12
一场2-1,郑钦文成三重赢家:重返八强 排名超老对手,奖金130万

一场2-1,郑钦文成三重赢家:重返八强 排名超老对手,奖金130万

大秦壁虎白话体育
2026-10-07 21:26:07
泰国失联的上海教师回国!多方出手,囚禁缅甸11天获救,细节炸裂

泰国失联的上海教师回国!多方出手,囚禁缅甸11天获救,细节炸裂

牛锅巴小钒
2026-10-07 19:50:21
一路走好!国庆休假还没结束,4位名人接连逝世,个个都过50岁

一路走好!国庆休假还没结束,4位名人接连逝世,个个都过50岁

兵鉴史
2026-10-07 18:23:38
祁连县把泼天的流量接成了脏水

祁连县把泼天的流量接成了脏水

陈宜之
2026-10-07 16:26:38
劝告所有子女:再孝顺,也不要为年过80岁的老父老母,做这五件事

劝告所有子女:再孝顺,也不要为年过80岁的老父老母,做这五件事

枫红染山径
2026-10-06 11:26:52
对手超神了!孙颖莎1-3帕拉南无缘晋级中国大满贯16强!

对手超神了!孙颖莎1-3帕拉南无缘晋级中国大满贯16强!

篮球资讯达人
2026-10-07 19:59:23
10月7日俄乌最新:乌军刷新两项单日纪录

10月7日俄乌最新:乌军刷新两项单日纪录

西楼饮月
2026-10-07 21:24:10
三次信号不如动真格一次!中方暂停燃油出口,新澳措手不及

三次信号不如动真格一次!中方暂停燃油出口,新澳措手不及

军情观察家
2026-10-07 18:13:57
澳洲“人体展”惊现不雅场面,被质疑“不尊重逝者”!专家一句话让人深思

澳洲“人体展”惊现不雅场面,被质疑“不尊重逝者”!专家一句话让人深思

澳洲红领巾
2026-10-07 14:26:54
突发!北美机场惊魂一幕!华人女教师被当街拖走!一路高喊“谁能帮我打911?!”

突发!北美机场惊魂一幕!华人女教师被当街拖走!一路高喊“谁能帮我打911?!”

北国向锡安
2026-10-07 09:26:03
库里16+5勇士26分大胜湖人 布朗尼生日仅4分伦德博格17+9

库里16+5勇士26分大胜湖人 布朗尼生日仅4分伦德博格17+9

醉卧浮生
2026-10-07 12:31:44
2026-10-08 01:04:49
CDC疾控人 incentive-icons
CDC疾控人
关注疾控,科普健康
250文章数 8关注度
往期回顾 全部

科技要闻

诺贝尔化学奖揭晓,两位科学家摘得大奖

头条要闻

地雷风波升级 金与正强硬发声:就是野兽也都不能进出

头条要闻

地雷风波升级 金与正强硬发声:就是野兽也都不能进出

体育要闻

从骑马舞到开口全中文 德约在北京不止七冠

娱乐要闻

蔡康永风波再升级!这次谁也救不了他

财经要闻

谷歌签下科技史上最大核能协议

汽车要闻

智能化再提升 2027款东风标致、东风雪铁龙新车更人性化了

态度原创

数码
家居
时尚
游戏
旅游

数码要闻

惠普RTX Spark笔记本定价提前泄露:2999.99美元起

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

50套高智感通勤穿搭,怎么穿都时髦好看!

GS 8分力荐传奇游戏制作人新作!创意爆棚 趣味十足

旅游要闻

7天吸金340.87亿元!四川国庆文旅市场凭什么这么“热”?

无障碍浏览 进入关怀版