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新型コロナウイルス・世界各国の感染フェーズを数値化した結果:ぶっちぎりで米国ヤバイ

概要

 自分もデータサイエンティストのはしくれとして、何かしら世の中に情報的にコミットできないかと考え、新型コロナの感染統計データを分析し、得られた知見を公開・共有しようと思います。
 事態の展開が余りにもスピーディなので、拙速な部分を残したままの分析かもしれませんが、貰ったご指摘をスピーディにフィードバックして、アジャイルに修正・改修していこうと思います。 
 
 第一弾は、新型コロナウイルスの世界各国の感染フェーズの数値化 です。 
 世界の感染が現在どの段階にあるのか──序盤なのか、それとも終盤なのか?──を数値で表せないか挑戦しました。

感染フェーズの数値化とは

 今回取り組んだのは、世界各国が新型コロナウイルス感染のフェーズのどの位置にいるのかを数字で表すことです。
データソースとしては、こちら の世界各国の感染統計データを使わせていただきました。

 計算に使ったのは、TotalCase(=累計感染者数)、ActiveCase(=治療中の感染者数)です。
 仮定は次の通りです。

  • 感染フェーズが終盤に近づくほど、治療段階が終了した感染者(=治癒した/死亡した)の割合が増える。
  • 新たに感染する人が少なくなり、ActiveCaseの割合は時間とともに0に近づく。

 感染フェーズ位置をPhase Positionと命名し、以下の計算式に従って求めるとします。

Phase Position = 1.0 - \frac{Active Case}{Total Case}

Phase Position は、0.0 ~ 1.0 の値を取ります。
0.0 に近いほど感染フェーズが序盤であることを表します。
1.0に近づくほど感染フェーズが終盤であることを表します。

Phase Position の分布から分かること

 早速Python を使って、データソースサイトをクローリング&スクレイピングしてデータフレームを取得、Phase Position を計算し、分布をプロットしました。
 その結果、分布形状は zipf分布の確率密度に近いことが分かりました。( zipf分布)
大部分の国が序盤のフェーズにゴチャっと偏っていることが分かります。
プロットしたものがこちらです。
 

新型コロナウイルス、世界各国の感染フェーズの分布

 Phase Positionの平均値は 0.2683 であり、世界の新型コロナウイルスの感染は、まだまだ序盤であることが明確に浮かび上がってきました。

Phase Position 上位国の顔ぶれ

 視覚的に全世界の感染フェーズの傾向を掴むことができました。
 次は、具体的な数値をテーブルで見てみましょう。

Country,Other TotalCases TotalDeaths total_death_ratio phase_position
China 81340 3292 0.040472 0.9575
DiamondPrincess 712 10 0.014045 0.8525
S.Korea 9332 139 0.014895 0.5001
Bahrain 466 4 0.008584 0.4957
Iran 32332 2378 0.073549 0.4179
FaeroeIslands 144 0 0.000000 0.3750
Iraq 458 40 0.087336 0.3537
Venezuela 113 2 0.017699 0.2920
Japan 1499 49 0.032688 0.2809
Egypt 536 30 0.055970 0.2724
Total: 596312 27341 0.045850 0.2683
Kuwait 225 0 0.000000 0.2533
Singapore 732 2 0.002732 0.2527
France 32964 1995 0.060521 0.2334
Italy 86498 9134 0.105598 0.2322
HongKong 519 4 0.007707 0.2216
Spain 65719 5138 0.078181 0.2206
Albania 186 8 0.043011 0.2097
Oman 131 0 0.000000 0.1756
Belgium 7284 289 0.039676 0.1575
  • 感染が終息した(=治癒するか死亡するか決着がついた)とされる、中国とダイアモンドプリンセス号のPhase Position は次の通りです。
    • 中国 : 0.9574
    • ダイアモンドプリンセス号 : 0.8525
  • 第3位の韓国は 0.500 です。終息した2つと、第3位以降では大きな値の開きがあることが分かります。
  • 我が国は、0.2809 であり、世界平均より少し先の感染フェーズにいることが分かります。
  • 他方、感染拡大が深刻化している欧州の国々を見ると、まだ感染フェーズの序盤であることがうかがえます。
    • イタリア : 0.2322
    • フランス : 0.2334
    • スペイン : 0.2206

序盤から感染爆発に襲われた欧米先進国

 このPhase Positionを使って感染拡大が深刻化している国を選別したところ、欧米先進国が感染序盤から爆発的な感染者数増加に見舞われていることが見えてきました。

 こちらのグラフをご覧下さい。Phase Position が世界平均値 0.2683 以下の国々の中で、感染者数(Total Cases)が多い順に国を並べたものです。

 感染フェーズ序盤の国々における感染者数

 米国が、ぶっちぎりでヤバイ ということがおわかり頂けるかと思います。
 感染の序盤なのに、すでに武漢の感染規模を超えて、世界一になってしまっています。

 具体的な数値をテーブル形式で表したものはこちらです。

Country,Other TotalCases phase_position
USA 104126 0.040509
Italy 86498 0.232190
Spain 65719 0.220560
Germany 50871 0.137780
France 32964 0.233436
UK 14543 0.061473
Switzerland 12928 0.136216
Netherlands 8603 0.063815
Austria 7697 0.036768
Belgium 7284 0.157468
Turkey 5698 0.023517
Canada 4757 0.085979
Portugal 4268 0.027882
Norway 3771 0.006895
Brazil 3417 0.028680
Australia 3378 0.054174
Sweden 3069 0.039427
Israel 3035 0.029984
Czechia 2279 0.008776
Malaysia 2161 0.131883

 感染者数上位のゾーンには、欧米先進国の顔ぶれがズラリと並んでいます。
米国Phase Positionは、たった 0.0405です。本当に感染が始まったばかりのフェーズで、これだけの感染者数が出るとなると、医療崩壊のリスクが極めて高い状況に置かれていることの示唆としか思えません。
 オランダ,オーストリアも、感染序盤から感染者数が多いですね。

こうして俯瞰すると、
 米国,イタリア,スペイン,ドイツ,フランス,イギリス,スイス,オランダ,オーストリア,ベルギー…西側文明圏に大打撃が及んでいることが、改めて実感されます。

 続いて、現在の各国の感染の実態、医療現場の状況を示唆する数値を、統計から読み解いてみたいと思います。

感染者の重症化率から分かること

 各国の医療現場の状況を数値化する上で、重症化した患者の割合は手掛かりになると考えました。
 そこで、以下の計算式に従い、Active Critical Ratio(=治療中患者の重症化率)を求めました。

Active Critical Ratio = \frac{Serious, Critical cases}{Active Cases}

Serious, Critical cases : 重症化した患者数
Active cases : 治療中の患者数

Active Critical Ratio の高い順に国を並べたところ、次のようなグラフができました。

新型コロナウイルス、重症化率の高い順に並べた場合

 重症化率の世界平均は 0.05435.43% です。
 感染が終息した中国、ダイアモンドプリンセス号が高い値になっていますが、これは感染終息後も入院されている患者さんが重症ゆえに退院できずにいるものと考えられます。
 終息した上記2つを除いて俯瞰すると重症化率が高い順に、モルドバ共和国イランフランスベルギーオランダブラジルスペインと続きます。
 
 わが国もランキングに入っています。ほぼ世界平均値ですね。
 
 ただし、重症化率の分布は、感染終息度Phase Positionと同様に、zipf分布に近い形状をしており、一部の国が平均値を大きく引き上げています。
 重症化率の中央値は、なんと0.0。ほとんどの国では、重症化率が現時点では0となっています。
 分布図は次のようになります。

新型コロナウイルス、重症化率の分布

 実際の値は、こちらのテーブルとなります。

Country,Other TotalCases ActiveCases Serious,Critical active_critical_ratio
China 81340 3460 1034 0.29884
Moldova 199 195 33 0.16923
Iran 32332 18821 2893 0.15371
France 32964 25269 3787 0.14987
DiamondPrincess 712 105 15 0.14286
Belgium 7284 6137 690 0.11243
Netherlands 8603 8054 761 0.09449
Brazil 3417 3319 296 0.08918
Spain 65719 51224 4165 0.08131
SanMarino 223 196 15 0.07653
Greece 966 886 66 0.07449
Sweden 3069 2948 214 0.07259
Kuwait 225 168 11 0.06548
Italy 86498 66414 3732 0.05619
Denmark 2046 1993 109 0.05469
Total: 596312 436295 23670 0.05425
Serbia 528 478 25 0.05230
Japan 1499 1078 56 0.05195
SriLanka 106 99 5 0.05051
Tunisia 227 218 10 0.04587

重症化率の高い国は医療崩壊のリスクに晒されている

 重症化率が高いほど、人工呼吸器(ヴェンティレータ)、人工心肺(エクモ)が必要になり、当然それらの機器を扱うことが出来る高度なスキルを持った医療従事者も必要となります。
 すなわち、重症化率が高い国ほど医療資源を大きく枯渇させやすいということを意味します。
(すでに終息となっている中国とダイアモンドプリンセス号のケースは除く)

医療崩壊リスクを見積もる

 重症化率が高いほど、医療資源の枯渇が進みやすく、医療崩壊のリスクが高いことが分かりますが、感染者数の母数が非常に大きいケースも医療資源を激しく消費すると考えられます。

 そこで、Active Cases(=治療中の感染者数)と、Severe,Critical(=重症患者数)の二次元プロットをして、医療崩壊リスクに晒されている国を見つけ出そうと思います。

新型コロナウイルス、治療中の患者数と重症患者数

 赤い破線は、重症化率の世界平均値 0.05425 のラインです。この破線より上にいる国は、重症化率が世界平均よりも高く、破線より下の国は重症化率は世界平均より低いことを意味します。

 米国 は、世界平均のラインより低い位置にいますが、重症患者数の絶対値が大きいことが分かります。
 現時点の重症化率は世界平均より低いものの、感染者数の増加率が急激に高まっており、近い将来、重症患者数も世界一になる可能性が高いと考えられます。

 イタリアスペインフランスは、重症化率が世界平均よりも高く、重症患者数の絶対数も現時点では世界最大規模です。
 すでに医療崩壊を起こしているか、医療崩壊の瀬戸際にいると考えられます。
 
中東のイランも、重症化率・重症患者数共に高い水準にあり、医療崩壊の危機に瀕している、あるいはすでに医療崩壊を起こしている可能性があります。

 ドイツは懸命に踏みとどまっている印象です。
 重症化率は世界平均より少し低いものの、重症患者数の絶対数が多く、このままのペースで重症患者が増え続けると、医療崩壊に瀕する可能性があります。

まとめ&今後の分析予定

 今回は、データサイエンティストのはしくれ感を少しは出せるようなエントリを心がけました。
 世界各地の有志が、非常に有益なデータ提供をしてくれています。

 それを活用し、加工・分析し、翻訳してお伝えすることが、せめてものデータサイエンティストのはしくれとしての務めと思い、今後も分析を続けて参りたいと思います。

 具体的には、アイディアの一つとしては、感染が進んでいる欧米先進国の統計値を手掛かりに、日本の感染フェーズが今どのあたりなのか、医療崩壊のリスクはどれくらいあるのか、といったことをデータに基づいて推測するエントリを執筆する予定です。

 また、計算がおかしい、データの不備など、お気づきの点がありましたら、忌憚なくご指摘ください。
 なる早でフィードバックしたいと思います。

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