内容:
本问题所述的情况在医学统计、病毒检测等诸多问题中是首要解决的问题。进行某种疾病的调查,需要大量的统计数据,而统计数据的取得主要靠实验的方法,这时候,我们就要考虑如何让分组使得我们处理问题的效率提高,花销最少,本文就是以找出最优分组为主要目的。
首先解决的是在阳性先验概率p固定情况下建立一个概率模型使化验次数最小的问题,我们设平均每人检验次数的函数为f(x),然后通过非线性方程数值解法对其求解,找到是化验次数最小的每组人数;接着要解决的是阳性先验概率p为多大时,就不应该再分组;再接下来,解决二次分组(即阳性组再分组检验)的问题,我们采用非线性规划模型利用LINGO软件求使化验次数最少的最优解;最后通过平均概率模型讨论其它类型的血样分组情况。
关键字:概率模型 非线性方程数值解法 非线性规划 平均概率模型
一、问题提出
要在人群中(数量很大)找出某种病患者,为减少检验次数,通常采用筛选的办法。即假设人群总数为 n, 将人群分成 m 组,每组的人数为 k,将每组的 k 份血样混在一起进行化验,若化验结果呈阳性,则需要对该组的每个人重新进行化验,以确定患者;若化验结果呈阴性,则表明该组全体成员均为阴性,不需要重新化验。
(1)已知先验阳性率为 p,,当 p 固定时,如何分组可使得化验次数最小;
(2)找出不必分组的先验阳性率p的取值范围;
(3)讨论两次分组的情况,即检测为阳性的组再次分组检验的情况;
(4)讨论其它分组方案,如半分法、三分法,这里我们采用平均概率模型进行分组。
二、基本假设
①血样的检验结果只存在阴性和阳性两种结果, 即阴性与阳性的先验概率之和为1,即p+q=1;
②假设先验概率 是对某个人检验一次,结果呈阳性的概率,并假设先验概率在检验中保持不变(即假设该概率 只与疾病有关,而对同一种疾病该值为常量);
③用来抽样的随机人群相互独立(即不考虑是否有遗传性与病毒的传染);
④ 为了简化模型,假设能够平均分配,进行再分组的时候,对呈阳性的组进行内分组。