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2020年10天核酸检测1000万人?

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如何用数学计算最优的分组方式?
2020年10天核酸检测1000万人?
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题目

公元2222年, 有一种高危传染疾病在全球范围内蔓延, 被感染者的潜伏期可以长达10年, 期间会有约的概率传染给他人, 一旦发病三天内即死亡. 某城市总人口约200万人, 专家分析其中约有名感染者, 为了防止疾病继续扩散, 疾病预防控制中心现决定对全市人口进行血液检测以筛选出被感染者. 由于检测试剂十分昂贵且数量有限, 需要将血样混合后一起检测以节约试剂. 已知感染者的检测结果为阳性, 未被感染者则为阴性. 阳性血样与阴性血样混合后的检测结果为阳性, 同为阴性或阳性的血样混合后结果不发生改变.

若对全市人口进行平均分组, 同一分组的血样将被混合到一起检测, 若发现结果为阳性, 则再在该分组内逐个检测排查. 设每个组个人, 那么最坏情况下, 又要使检测的次数尽可能少, 每个分组的最优人数是__________.

选项

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橘子老君
橘子数学社区创办人
2022年03月10日 06:02
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2020年5月11日武汉市下发《关于开展全市新冠病毒核酸筛查的紧急通知》, 要求从5月14日起在武汉全市范围内开展全员新冠病毒核酸筛查“十天大会战”, 即要在10天之内, 对全武汉的人做一次核酸检测, 彻底摸清武汉市的详细情况.

据5月24日凌晨公布的数据, 武汉市5月14日~5月23日的10天时间, 完成了900多万人次的采样和657.4万人次的检测. image

10天检测650万人是如何实现的?

而美国CDC的数据显示,川普自吹自擂的地球最强检测能力3个月时间也就检测了1400万.

那么这种千万人级别检测是如何在十天内完成的呢?

4月28日, 世界知名医学期刊《柳叶刀》发布了一篇文章, 研究团队提出可以通过混合样本池的方法来提高检测速度, 在保证灵敏度和准确性的前提下, 最多可一次混合30份样本.

所谓混合样本池, 即将多人的样本混在一起, 如果是阴性, 那就全部通过, 如果是阳性, 那就全部逐个检测. 由在657.4万人中检测出183位无症状感染者的情况来看, 大量混合样本池的检测成果呈阴性, 无需再逐个检测, 这大大节省了检测次数, 让这次千万人级的检测成为可能.

而混合样本池检验法并不新鲜, 之所以直到4月底上述研究成果才被发布, 原因是科研人员需要通过实验的方法, 在试剂保证灵敏度和准确性前提下, 获得单次检验的样本中可以包含的最大样本数即30. 而这次“十天大会战”无疑也让中国成为了首个将此项研究付诸实践的国家.

如何用数学计算最优的分组方式?

那么是不是每次混合的样本越多总检测次数越小呢?

根据武汉市《全民核酸筛查混样检测标准论证会专家意见》中提到的混样检测方式, 是建议将10个人的样本进行混合.

不妨假设万人, 其中无症状感染人数为.

那么如果把人的样本分为组, 则最坏情况下需要检测的次数约为

根据基本不等式可得当, 即时取得最小值. 而这显然超过了检测试剂的限额. 所以根据函数的函数性质, 在时总检测次数最小.

至于为什么实际实践中没有采用这一理论最优的分组而使用10人一组呢?一方面, 这个30人一组的理论最大值毕竟是实验室级别的实验结果, 在实际操作中受到仪器和技术限制可能达不到那样的检测精度, 故在试剂产量允许、成本可以接受的情况下, 多检测几次是比较保险的做法.

本文最早于2020年5月26日发布于橘子数学公众号

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发布于3 年前
橘子老君
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