怎样让疫苗接种速度超过新冠病毒传播？
导语
截止2021年4月7日，中国的新冠病毒疫苗接种量已超过1.5亿剂，全球累计近7亿剂，与此同时疫情仍在迅速发展，每日新增患者50万左右。算法能否帮助我们在新冠大流行期间开发出更有效的疫苗推广策略？美国新墨西哥大学计算机教授 Melanie Moses 最近撰文指出，在一些国家和地区，优先排序算法已经导致最有特权的人优先于感染风险最高的人，需要有更合理的策略来指导疫苗分配，使其公平、高效。Moses从事复杂适应系统与计算生物学研究，是圣塔菲研究所的外聘教授。
病毒传播是在多层耦合的复杂网络上进行的，为了遏制疾病扩散，疫苗接种策略应当：多线并行从而优化接种排序，指数式地推广（应超过病毒指数级的扩散速度），根据地区居民意愿的差异针对性地匹配供需。本文基于美国实际情况所建议的策略，许多已经应用于中国的疫苗接种与推广实践。
Melanie E. Moses | 作者
郭瑞东 | 译者
赵雨亭 | 审校
邓一雪 | 编辑
1. 疫苗是终结疫情的希望，但情况并不乐观
1. 疫苗是终结疫情的希望，但情况并不乐观
在疫苗有望结束新冠疫情的当下，新出现的病毒变异会威胁这一进程。安全有效疫苗有着惊人的发展速度，但是这一进展正受到实际疫苗接种缓慢的阻碍；到如今，每天仍有3000名美国人因感染新冠而死亡。
尽量减少新冠病毒造成的伤害，首要的任务就是接种疫苗。但疫苗的推广一直缓慢且不公平。优先排序算法已经导致最有优先权的人优先于最需要的人。然而，如果没有特别干预，疫苗将被用于那些拥有最多资源的人，而非那些风险最高的人。
美国疫情形式依然严峻
2. 算法思维助力疫苗分配
2. 算法思维助力疫苗分配
算法思维可以减少混乱和低效，确定人们正在做的事情和需要做的事情之间的差距。随着拜登政府开始执政，人们希望疫苗接种的推广做到分配公平。但是，为了最好地控制疫情，政府不仅需要加快速度，还需要对面临风险的对象以及如何最好地拯救他们进行量化核算。
算法无法战胜新冠疫情。但政府确实需要运用算法思维来有效地将疫苗分配给3亿美国人。这要求：i）清楚地阐述目前医疗目标；ii）提供逐步的指示、行动和实现这些目标的时间表；iii）对照定量基准进行测试，以便调整政府行动，不断地朝着抗击疫情的目标前进。
算法思维可以减少混乱和缓慢，确定研究人员正在做的事情与需要完成事情之间的差距，并揭示人们何时需要其他策略来增加疫苗接种以实现抗疫目标。
算法思维指导了疫苗策略的以下原则：
并行化：和算法一样，疫苗接种过程中在并行运行时运行得最快。立即给多个高优先级群体接种疫苗。 疫苗的指数增长：线性解决方案永远不能解决指数问题。政府必须实现减缓病毒的指数增长的同时，做到疫苗接种呈指数增长。 匹配供需：人们需要时刻保持警惕，以阻止任何又可能减缓疫苗接种速度的因素：疫苗供应、接种群体的需求（或意愿），以及将疫苗从仓库运至接种场所的途径。
中国政府在商圈布置疫苗接种场所
算法需要目标，所以首先我们必须对我们的目标进行定量描述。
目标1：减缓病毒的指数增长
政府必须在新的变异加速感染和死亡之前争取更多时间接种疫苗。疾病预防控制中心预测，截至3月中旬[1]，新的英国变异病毒株将在美国占据主导地位。如果不加以控制，它将以每月5倍的速度扩散，预计将导致每天100万例阳性检测和15,000例死亡。在这场灾难性的传播增加之前，疫苗供应量太少，不足以明显减缓病毒的增长。疫苗是当前社会目前最好的长期解决方案，但在短期内，政府必须加强所有的人员流动管控，必须做到减缓病毒的增长。
政府不仅需要加快速度，还需要高风险人群以及更好措施的策略进行量化核算。
目标2：尽快给最需要的人群接种疫苗
美国的死亡高度集中在年龄最大的群体。80% 的死亡发生在65岁以上的人群中。为75岁及以上的人接种疫苗(死亡的可能性是65-74岁人群的四倍) ，按照目前的死亡率统计，在百日内内可以挽救48000人的生命[2] 。年龄在25-54岁之间的非洲裔、土著和西班牙裔美国人在2019冠状病毒疾病中的死亡人数是白人美国人的7倍多[3]。
目标3：即使是在年轻且健康的人群中，也应当努力减少感染总数
据估计，10% 的新冠会导致患者至少数月的身体或精神残疾[4]医护人员缺乏对该不良后果精确估计。但是，即便只有10%的病例导致终身残疾，仍会造成每天超过2000人遭受严重后果。政府必须加快对那些最有暴露风险的人（如一线工人、学生等）以及那些更有可能后遗症影响重大年轻人的疫苗接种。
目标4：尽快结束这场流行病
疫情一天不结束，全世界数亿人将继续遭受隔离和陷入困境的经济的后果，整个人类社会将面临新出现的变种的风险，这些变种传播速度更快，并可能最终导致疫苗接种失效。
新冠病毒不断变异
3. 合理安排疫苗接种的三个策略
3. 合理安排疫苗接种的三个策略
1、同时给多个优先群体接种疫苗
当研究人员将问题分解成单独的部分并同时解决它们时，计算机算法运行得更快。目前计划，同时给数个人群接种疫苗，同样会提高疫苗接种速度（目标3和4）。然而，为不同群体接种疫苗的单独并行努力也可以使最弱势群体优先获得疫苗（目标 2）。
这个预测效率之下，每个美国人都可以在7月4日前完成他们的第一次注射。
政府可以首先保护最脆弱的群体（拯救成千上万的生命），同时提高每个人的疫苗接种速度——无论是针对长期还是短期感染。社会不仅需要药店、卫生部门、教堂停车场和体育场作为在多个地方为多个人群接种疫苗的场所，政府还必须为那些弱势群体的人群提供更快的接种和量身定制的注射服务。计划很美好，但是疫苗供给严重不足；即使仅仅优先考虑一线工作人员，也会降低弱势群体的疫苗接种率。执政者必须为那些75岁以上、或是生活在经济卫生不那么良好的人群以及在一线从事重要工作的人提供高优先级、便捷的疫苗通道。
即使疫苗供应有限，政府也必须加大为行动不便人接种疫苗的力度，并帮助那些不擅长网络预约的人。医疗机构必须监控接种疫苗的人群，这样才能知道在贫困、农村地区，疫苗接种的速度是否是最慢的，以便提供支持，以弥补缺乏医疗资源生的缺失。在任何优先群体完全接种之前，需要建立新的检测方式，以服务于该优先群体。
同时，社会也必须做好转变的准备。例如，如果学校成为新变种传播的主要来源，那么儿童可能需要在优先名单上向上移动。如果一个地区的疫情爆发超过医疗机构承受范围，更多的疫苗接种可能需要转移到该地区。如果疫苗在阻断传播方面优于预期，政府可能需要优先为社会关系最密切的人（潜在的超级传播者）和抵抗力最低的人接种疫苗。整个社会需要做好准备，在需要的时候加快不同疫苗生产线的步伐。
长期保持社会距离是遏制疫情的补充方案
2、用指数解决方案对抗指数问题
想象一下自己每个月用信用卡支付固定的金额。如果开户人逐渐减少本金，那么随着时间的推移，利息支付也会越来越少。如果银行利率突然上升了50% ，但继续同样的固定支付，那么我们每支付一次，就会负债更多。
整个社会已经陷入新冠带来的“债务”之中。而且所有人可以看到，新的新冠病毒疾病基因变异增加了50% 。现在，全体社会必须通过增加检测、提供高质量口罩、隔离以及限制旅行和聚会来提升预防效率，以便为长期的疫苗接种战略取得成效争取时间。每拖延一周，医疗机构的工作困难翻倍，更多的人不必要地被感染。
虽然政府最初通过疏远社会来减缓病毒的增长（目标1），但最终社会将通过呈指数增长的疫苗获得成功。每个月增加 50% 的疫苗接种可以赶上并抑制病毒的增长。仅仅在100天内提供1亿支疫苗的线性计划远远不够。但是，如果社会在1月底之前每天接种100万支疫苗，2月份每天接种150万支，3月份每天接种225万支，那么到3月底，将近1亿最脆弱的人群至少会接种第一支疫苗（有些甚至接种完第二支疫苗），这将挽救生命，减缓病毒传播速度。
随着疫苗接种的加速，到7月4日[5]，美国每个人（预计3亿人，5亿次的接种）都可以接种疫苗。这种大规模的疫苗接种努力将防止数千万人感染，特别是那些最不容易死亡、但最容易受到2019新冠病毒的长期影响的最末群体。
多国疫苗正在加速生产中
有足够够的疫苗供应来实现这一目标吗？这是绝对可能的。如果说世界的资本主义生产制度有什么好处的话，那就是指数增长。作为世界上最富有的产出者，资本主义在经济下滑的2020年仍制造了更多的特斯拉汽车。社会可以使用在计算机、手机和电动汽车领域创造指数增长的同样策略来提高疫苗生产。
在7月之前，美国政府计划在未来几周内批准5亿mRNA疫苗。但是，如果整个社会已经提高了运输能力，以利用春季爆发的生产优势，这种供应将变为现实。
加速战略必须设定积极的目标，然后适应这些目标。如果生产目标没有达到，可以通过疫苗试验验证单剂量有效、延迟的第二剂量、或者在以后几个月接种的年轻群体的一半剂量的疫苗来缓解接种压力。
3、快速接种疫苗需要通过自适应方式来匹配供需
由于目前的大部分疫苗都置于零下储存。重要的是，社会不仅必须以指数级增长供应，还必须成倍增长从工厂到“最后一英里”（疫苗接种场所）和“最后一英寸”（接种人群）的疫苗输送途径。
并行化设置多种疫苗接种流，社会必须增加自身的联合能力——例如每月提升50%效率 。已有成功接种经验的场所都应继续翻倍推广自身经验，以便接下来为更多的人接种疫苗。例如，如果诊所在2月份每天开放12小时，那么在3月份每天24小时开放。如果三月份缺少疫苗接种人员，可以通过招募医学学生、牙医、兽医，以及任何可以注射疫苗的人；到四月份，可以通过召集各州的国民警卫队来提升接种效率。联邦政府的建议、资金、协调以及疫苗供应的准确传达将会有所帮助，但是社会也需要为每一个公共卫生工作者授权采取紧急行动。州长们必须同时援助他们的药房、医院和诊所，同时要求联邦政府更快地推动供应。
从长远来看，当前最困难的问题可能是人们接种意愿不足[6]。随着疫苗接种计划向更大的群体开放，这个问题似乎会逐渐消失，但是当春天我们接种完自愿的人群后，这个问题将会持续并重新出现。一个不值得信任的系统已经创造了许多对疫苗犹豫不决的人，而在线虚假信息活动则被阴谋和不信任所助长。政府必须让社区领袖、教会、活动家、医生、美国每个社区的人们以及各种各样的名人都参与进来，向公众传播真实的疫苗信息。
社交媒体是一个指数级的加速器，它必须在多个平行领域通过协调一致的信息来对抗在线虚假信息：针对老年人的夜间新闻中的公共健康信息，以及 TikTok、 YouTube 和 Twitter 中，大V与年轻人的对话。让每一个接种疫苗的祖父母上传他们和孙子拥抱的照片。应该举办各种激励活动，让所有人尽自己的一份力量，这样我们就可以在今年7月4日庆祝摆脱病毒的侵袭。
电影《战争游戏》提供了最后一堂重要的算法课。其虚构的算法屡遭失败，并得出结论：“有时候唯一的制胜之招就是退出。”只要我们每次击退病毒的努力都让它变得更强大，者就意味着失败。全社会必须利用到今年夏天为止已经增加的疫苗生产能力，生产出足够的疫苗，在全球范围内击败病毒。
世界卫生组织报告说: “目前至少有49个高收入国家接种了3900多万剂疫苗。在一个最低收入国家，只有25人接种了疫苗。不是2500万，也不是25000，只是2500。”应当允许疫苗的国际许可证发放，以帮助全球疫苗能力的平行化和指数级增长。
美国不仅可以帮助全球努力减缓世界各地的痛苦和死亡，还可以建立大规模的疫苗生产能力，以对抗可能逃避我们第一轮疫苗接种的新变种。我们不想在2021年击败病毒，仅仅是为了在2022年面对一种传播更快、具有疫苗抗性的病毒株。只有通过大规模的全球疫苗接种运动，我们才能结束这场游戏。
原文链接：
https://nautil.us/issue/95/escape/how-to-fix-the-vaccine-rollout
参考文献
1 Mandavilli, A. & Rabin, R.C. CDC warns the new virus variant could fuel huge spikes in COVID-19 cases. The New York Times (2021).
2. Of 3,000 deaths per day, 2,400 are in those 65 and older: 480 deaths in 65-74 and 1,920 deaths in 75+. Compared to vaccinating this group at random over 100 days, vaccinating those 75+ in the first 40 days saves 57,600 in that population. The delay in vaccinating the 65+ group costs 9,600 lives, for a net gain of 48,000 lives.
3. Bassett, M.T., Chen, J.T., & Krieger, N. Variation in racial.ethnic disparities in COVID-19 mortality by age in the United States: A cross-sectional study. PLoS Medicine 17, e1003402 (2020).
4. Venkatesan, P. NICE guideline on long COVID. The Lancet (2021).
5. This assumes 100 million Johnson & Johnson vaccines will only require one shot.
6. Beer, T. Large numbers of health care and frontline workers are refusing COVID-19 vaccine. Forbes (2021).
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