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
又一女间谍被抓!国安部披露,大量航天机密遭外泄,作案手段高超

又一女间谍被抓!国安部披露,大量航天机密遭外泄,作案手段高超

兵鉴史
2026-10-06 19:39:19
寿命长不长,头发有暗示?白发越少的人活得越久?真相来了

寿命长不长,头发有暗示?白发越少的人活得越久?真相来了

芹姐说生活
2026-10-07 20:16:22
全员预判失败!国庆首批提前返程车主集体翻车,自嘲大聪明又失算

全员预判失败!国庆首批提前返程车主集体翻车,自嘲大聪明又失算

小虎新车推荐员
2026-10-07 09:38:01
工信部派出百人专家团队常驻云南边境,与公安机关并肩作战,仅仅3个月关停木姐地区涉诈手机号码7.5万个,宽带账号4000多个

工信部派出百人专家团队常驻云南边境,与公安机关并肩作战,仅仅3个月关停木姐地区涉诈手机号码7.5万个,宽带账号4000多个

政知新媒体
2026-10-07 10:20:03
热搜上令人窒息的“母女吃牛肉面一幕”,精神穷人可怕的三观

热搜上令人窒息的“母女吃牛肉面一幕”,精神穷人可怕的三观

蝴蝶花雨话教育
2026-08-18 09:57:05
自取其辱!梅西告别赛与C罗声明同日引爆足坛,变成荒诞闹剧表演

自取其辱!梅西告别赛与C罗声明同日引爆足坛,变成荒诞闹剧表演

林子说事
2026-10-07 20:39:47
花旗银行重磅信息,中国住房供应量再下降30%,迎来第3次价格上涨

花旗银行重磅信息,中国住房供应量再下降30%,迎来第3次价格上涨

房产有点意思
2026-10-06 22:27:10
特朗普岳母100岁生日 四代同堂10曾孙到齐 伊万卡:无比特别的团聚

特朗普岳母100岁生日 四代同堂10曾孙到齐 伊万卡:无比特别的团聚

环球趣闻分享
2026-10-06 13:30:18
梅西告别国家队!他把10号还给了阿根廷

梅西告别国家队!他把10号还给了阿根廷

五星体育
2026-10-07 10:14:42
致命一击!泽连斯基,彻底输了!

致命一击!泽连斯基,彻底输了!

大嘴说天下
2026-10-07 21:13:44
俄罗斯辟谣肺鼠疫传言,美国“强烈关注”

俄罗斯辟谣肺鼠疫传言,美国“强烈关注”

环球网资讯
2026-10-07 14:10:35
艾滋病新增130万!多人无辜中招!公众场合千万坚持“6不碰”原则

艾滋病新增130万!多人无辜中招!公众场合千万坚持“6不碰”原则

医学科普汇
2026-10-05 18:49:25
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
珠海游客怒了!一盘皮皮虾480元,游客自费800元投流,曝光珠海一家海鲜大排档,网友:就在海洲路,出名了

珠海游客怒了!一盘皮皮虾480元,游客自费800元投流,曝光珠海一家海鲜大排档,网友:就在海洲路,出名了

火山詩话
2026-10-05 06:35:30
最强反腐来了!中纪委:2026坚决清除害群之马,拒绝漏网之鱼!

最强反腐来了!中纪委:2026坚决清除害群之马,拒绝漏网之鱼!

职场资深秘书
2026-10-07 18:27:50
送君千里!8万人膜拜39岁梅西:独造3球告别阿根廷队 挥手21年青春

送君千里!8万人膜拜39岁梅西:独造3球告别阿根廷队 挥手21年青春

风过乡
2026-10-07 09:43:26
除了U23球员外,这3人有望重回国足!归化中场领衔,皇马旧将或取代布尼亚明

除了U23球员外,这3人有望重回国足!归化中场领衔,皇马旧将或取代布尼亚明

大卫的篮球故事
2026-10-07 18:36:31
笑死,经济上行时的自己能有多敢买,网友:好想回到过去打死自己

笑死,经济上行时的自己能有多敢买,网友:好想回到过去打死自己

夜深爱杂谈
2026-09-30 15:33:39
父亲提前半年为儿子婚礼预订单价2599元一桌的婚宴,结果14道主菜上错7道,“这让我很没面子”,酒店:愿意赔偿2万元

父亲提前半年为儿子婚礼预订单价2599元一桌的婚宴,结果14道主菜上错7道,“这让我很没面子”,酒店:愿意赔偿2万元

都市快报橙柿互动
2026-10-07 00:37:33
丢7球!U17国足在世界杯前最后3战皆负:跟强队差距明显,赛后阿根廷队跳起欢快舞蹈

丢7球!U17国足在世界杯前最后3战皆负:跟强队差距明显,赛后阿根廷队跳起欢快舞蹈

足球大腕
2026-10-07 20:31:59
2026-10-07 22:59:00
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

郑钦文战胜本届中网"最大黑马"进8强 4连胜迎24岁生日

头条要闻

郑钦文战胜本届中网"最大黑马"进8强 4连胜迎24岁生日

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

时尚
游戏
教育
手机
军事航空

50套高智感通勤穿搭,怎么穿都时髦好看!

坤哥独家最新爆料!PS5版《地平线6》跳票但有光盘

教育要闻

逼孩子学习有没有作用

手机要闻

华为Mate 90系列升级无极光圈 拍视频更顺畅

军事要闻

外舰跟监遵义舰 结果自己先"趴窝"了

无障碍浏览 进入关怀版