Co m pu t er   Science  a nd   I nfo r m a t io n T ec hn o lo g ies   Vo l.  7 ,   No .   3 No v em b er   20 26 ,   p p .   3 7 7 ~ 3 9 3   I SS N:  2722 - 3 2 2 1 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /csi t . v 7 i 3 . p 3 7 7 - 3 9 3           377       J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ia e s p r ime. co m/in d ex . p h p /csi t   A lit era ture  revi e w of re curren n e ura l net wo rk  app ro a ches to  ma la ria  outbrea k predic tion in  Sub - Sa ha ra n Af ri ca       So ph ia   T em bu re ,   Well ing t o n S.  M a njo ro   D e p a r t me n t   o f   S o f t w a r e   E n g i n e e r i n g ,   S c h o o l   o f   I n f o r ma t i o n   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   H a r a r e   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,     H a r a r e ,   Zi m b a b w e       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   16 2 0 2 6   R ev is ed   J u l   7 2 0 2 6   Acc ep ted   J u l   13 2 0 2 6       M a laria   re m a in a   sig n ifi c a n p u b li c   h e a lt h   issu e   i n   S u b - S a h a r a n   Afric a .   P re d ictiv e   m o d e ll in g   is  in c re a sin g ly   v iew e d   a a   wa y   to   m o v e   fro m   c o u n ti n g   c a se re a c ti v e ly   to   p re p a ri n g   p ro a c ti v e ly   fo r   o u tb re a k s.   T h is l it e ra t u re   re v iew   e x a m in e p e e r - re v iew e d   re se a rc h   p u b li sh e d   fro m   1 9 9 7   t o   2 0 2 5 .   It  c o v e rs  re c u rre n n e u ra n e tw o rk s   ( RNN s m e th o d s,  a tt e n ti o n   m e c h a n is m s,  m u lt i - so u rc e   d a ta  i n teg ra ti o n ,   a n d   h e a lt h - sy ste m   in fo rm a ti c re lev a n t o   m a laria   p re d ictio n   in   lo w -   a n d   m id d le - in c o m e   c o u n t ries .   th o ro u g h   se a rc h   th r o u g h   G o o g le  S c h o lar,  IE EE   Xp l o re ,   S c ien c e Dire c t,   P u b M e d ,   a n d   S p rin g e rLi n k   id e n ti fie d   1 8 7   c a n d i d a te  p a p e r s .   Afte re v iew in g   ti tl e a n d   a b stra c ts,    4 2   p a p e rs  m e th e   i n c lu si o n   c r it e ria.  Th e   re v iew   o rg a n ize t h e   se lec ted   stu d ies   in t o   six   m a in   c a teg o ries c li m a te - d ise a s e   e c o lo g y ,   sta ti stica fo re c a stin g ,   m a c h in e   lea rn i n g   (M L)  b a se li n e s,  RNN s ,   a tt e n ti o n   m e c h a n ism s,  a n d   h e a lt h - sy ste m   d a ta  in te g ra ti o n .   c o m p a ra ti v e   m a tri x   h ig h li g h ts  th e   sim il a rit ies   a n d   d if fe re n c e in   m e th o d a c ro ss   twe n ty   re p re se n tativ e   stu d ies .   Th e   re v iew   p o i n ts  o u fo u p e rsi ste n g a p s:  t h e   lac k   o a tt e n ti o n - a u g m e n ted   RNN fo m a laria   f o re c a stin g   i n   S o u th e rn   Afric a ,   li m it e d   in teg ra ti o n   o f   h e a lt h - fa c il it y   in fra stru c t u re   fe a tu re with   c li m a te  p re d ict o rs,  i n a d e q u a te   h a n d l in g   o m issi n g   d a ta   in   Afri c a n   sa telli te - d e riv e d   c li m a te  se ri e s,  a n d   t h e   a b se n c e   o o p e ra ti o n a d a sh b o a rd th a m a k e   m o d e o u t p u ts  u sa b le  fo d istri c h e a lt h   o ff ice rs  with o u s tatisti c a train in g .   F u t u re   re se a rc h   sh o u l d   fo c u s o n   c ro ss - c o u n tr y   tran sfe ra b i li ty   st u d ies ,   u sin g   g ra p h   n e u ra n e two rk s t o   c a p tu re   sp a ti a sp il lo v e r,   a n d   re a l - ti m e   in teg ra ti o n   with   n a ti o n a su rv e il lan c e   sy ste m s li k e   d istri c h e a lt h   in f o rm a ti o n   s o ftwa re   2   ( DH IS 2 ) .   K ey w o r d s :   Atten tio n   m ec h an is m   E ar ly   war n in g   s y s tem   Ma lar ia  p r ed ictio n   Mu lti - s o u r ce   d ata  f u s io n   R ec u r r en t n eu r al  n etwo r k s   Su b - Sah ar an   Af r ica   Z im b ab we   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   W ellin g to n   S.  Ma n jo r o   Dep ar tm en t o f   So f twar E n g in ee r in g ,   Sch o o l o f   I n f o r m atio n   Scien ce   an d   T ec h n o l o g y   Har ar I n s titu te  o f   T ec h n o l o g y   Har ar e,   Z im b ab we   E m ail: w m an jo r o @ h it.a c. zw       1.   I NT RO D UCT I O N   On o f   Su b - Sah ar an   Af r ica’ s   m o s en d u r in g   in f ec tio u s - d is ea s ch allen g es  is   m alar ia.   An   esti m ated   249   m illi o n   m alar ia   ca s es  an d   ar o u n d   608 , 0 0 0   d ea th s   we r f o u n d   b y   th e   W o r ld   Hea lth   O r g an izatio n   ( W HO)   in   th y ea r   of   2 0 2 3   [ 1 ] .   T h W HO  Af r ican   R eg io n   s aw  ab o u 9 4 o f   th m alar ia  ca s es.   R ef lectin g   r is in g   tr en d   a n d   a n   in c r ea s o f   1 1   m illi o n   ca s es  co m p ar e d   to   2 0 2 2 ,   th ese  f ig u r es  s h o t h at  th ca s e - co u n tin g   s y s tem s   th at  ar e   s et  u p   ca n n o t p r ev en t o u t b r ea k s   f r o m   escalatin g .   Acc o r d in g   to   th W HO,   7 5   o f   m alar ia  d ea th   am o n g   Af r ica n s   u n d er   t h a g o f   f iv e.   T h at  is   ch ild r en   l ess   th an   f iv y ea r s   o ld   ac co u n ts   f o r   7 5 %   o f   all  m alar ia  d ea th   in   Af r ica.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l Vo l.  7 ,   No .   3 No v em b er   20 26 3 7 7 - 393   378   Z im b ab we  lies   with in   th ar ea   o f   Su b - Sah ar an   Af r ica  w it h   h ig h   m alar ia  tr an s m is s io n   an d   h as   co n f ir m e d   ca s r ates  o f   1 5 - 2 9   ca s es  p er   1 , 0 0 0   p o p u latio n   at - r is k   an n u ally .   R u r al  d is tr icts   t h at  ar lo altitu d e   lik Hu r u n g we,   Mb ir e   an d   C h ip in g o f ten   h a v ca s r ates  s ev er al  tim es  ab o v th n atio n al  av er ag e.   Desp ite  p r o lo n g ed   a p p licatio n   o f   i n s ec ticid e - tr ea ted   n ets  ( I T Ns)  a n d   s ea s o n al  ch em o p r ev e n tio n   p r o g r a m m es  in   th e   d is tr icts   o f   W e s an d   C en tr al   Af r ica,   tr an s m is s io n   r em ain s   u n s tab le  an d   h ig h ly   clim ate - d r iv en .   p r im a r y   o p er atio n al  b o ttlen ec k   is   th t im g ap   b etwe en   w h en   tr an s m is s io n   b eg in s   an d   wh en   d is tr ict  h ea lth   team s   ca n   r esp o n d   in   co o r d in ated   m an n er ,   with   co m p u tatio n al  ea r ly - war n in g   s y s tem s   u n iq u el y   ab l to   r ed u ce   th is   g ap .   Asi d f r o m   its   ep i d em io lo g ic al  s ig n if ican ce   th is   r e v iew  f al ls   at  th in ter s ec tio n   o f   two   b u r g eo n in g   r esear ch   co m m u n ities ,   ar tific i al  in tellig en ce   ( AI )   f o r   s o cial   g o o d   a n d   p u b lic   h ea lth   in f o r m atics.  T h AI   f o r   s o cial  g o o d   i n itiativ in v o l v es  th u tili za tio n   o f   in n o v ativ m ac h in e   lear n in g   ( ML )   in   th cr ea tio n   an d   im p lem en tatio n   o f   tech n iq u es   f o r   s cien tis ts   d ea lin g   with   d ata  an d   attem p tin g   to   s o lv e   p r o b lem s   o f   s o cial  im p o r tan ce .   T h e   em p lo y m en t   o f   atten tio n - au g m en ted   r ec u r r en n e u r al  n etwo r k s   ( R NN s )   f o r   th p u r p o s o f   m alar ia  p r ed ictio n   in   So u th e r n   Af r ica  is   p ar ad ig m atic  ex am p le  o f   th is   ag en d a:  i co m b in es  m eth o d o lo g ical   in n o v atio n   in   d ee p   lear n in g   with   p r ess in g   h u m a n itar ian   ch allen g e,   i n   g e o g r ap h ical  s ettin g   wh er co m p u tatio n al   to o ls   ar m o s n ee d ed   b u least  u s ed .   Fr o m   t h p o in t   o f   v iew  o f   p u b lic  h ea lth   in f o r m atics,  o n e   o f   th m ain   o p en   p r o b lem s   in   th f ield   is   th in teg r atio n   o f   h eter o g en e o u s   d ata  s tr ea m s   s atellite  clim ate  d ata,   d is tr ict  h ea lth   in f o r m atio n   s o f t war 2   ( DHI S2 s u r v eillan ce   an d   h ea lth   f ac ilit y   in f r astru ctu r d ata  in to   u n if ied   p r ed ictio n   f r am ew o r k s .   L o o k in g   at   th is   r e v iew  f r o m   t h p er s p ec tiv o f   b o t h   c o m m u n ities   b r o ad e n s   its   ap p ea l   an d   en h an ce s   th p o ten tial f o r   id en tifie d   g ap s   to   s tim u late  f u t u r cr o s s - d is cip lin ar y   r esear ch .   T h ab ilit y   t o   p r ed ict  m alar ia   o u tb r ea k s   is   n o n ew.   Sin ce   t h late  1 8 0 0 s ,   th e r h as   b ee n   e v id en ce   o f   th e   b io lo g ical  co n n ec tio n   b et wee n   clim ate  d r iv er s   p r im ar il y   p r ec ip itatio n ,   tem p er atu r e,   a n d   h u m id ity   an d   th e   tr an s m is s io n   o f   v ec to r - b o r n d is ea s es.  I n   ad d itio n ,   a   co n s id er ab le  am o u n o f   liter atu r h a s   d r awn   m ec h an is tic  m o d els  o f   m o s q u ito   p o p u lati o n   d y n a m ics  a n d   p ar asit in cu b atio n .   T h s ea s o n al  au to r eg r ess iv in teg r ated   m o v in g   av e r ag ( SAR I MA )   m o d els  h a v b ee n   p o p u lar   c h o ice  f o r   o p er atio n al  ea r ly - war n in g   s y s tem s   i n     lo w - r eso u r ce   en v ir o n m en ts   f o r   lo n g   tim e.   B u SAR I MA   an d   o th er   s u c h   s tatis tical  m o d els  r eq u ir e   lin ea r ity   an d   s tatio n ar ity   o f   th e   u n d er l y in g   tim s er ies;   b o t h   o f   wh i ch   ar b ein g   i n cr ea s in g ly   v io l ated   d u t o   clim ate  v ar iab ilit y ,   d r u g   r esis tan ce ,   ex p an d in g   co v e r ag o f   in ter v e n tio n s   an d   p o p u latio n   m o v em en t .   W ith   th ad v en o f   d ee p   le ar n in g   in   r ec en y e ar s ,   p ar ti cu lar ly   R NN/ lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM ) ,   n ew  f r o n tier   h as  b ee n   o p e n ed   f o r   m ala r ia  f o r e ca s tin g .   L STM   n etwo r k s   s o l v th p r o b lem   o f   v an is h in g   g r ad ie n th at   af f e cted   ea r lier   r ec u r r en m o d el s ,   allo win g   s u ch   m o d els  to   ca p tu r e   tem p o r al   d ep en d e n cies   o v er   s eq u en ce s   o f   d o ze n s   to   h u n d r ed s   o f   t im s tep s .   T h er ar s til la r g g ap s   p r esen t.    Mb u n g et  a l .   [ 2 ]   n o ted   th at  th Af r ican   liter atu r o n   AI - b as ed   m alar ia  p r ed ictio n   in   h u m a n s   s u f f er s   f r o m   two   cr itical  g ap s i )   th ab s en ce   o f   atten tio n   m ec h a n is m s a nd  ii )   th lack   o f   m u lti - s o u r c d ata  co m b in atio n ,   s p ec if ically   clim ate  p r ed icto r s   with   h ea lth   f ac ilit y   in f r astru ctu r f ea tu r es.   T h is   r ev iew  h as   th n o v elty   o f   s y n th esis in g   th r ee   s tr an d s   o f   liter atu r e   th at  a r r ar ely   ex am in e d   to g eth er clim ate - d is ea s ec o lo g y ,   d ee p   lear n in g   ar ch itectu r es  ( R NNs,  at ten tio n   m ec h an is m s ) ,   an d   h ea lth - s y s tem   in f o r m atics.  T o   t h b est  o f   o u r   k n o wled g e,   n o   p r e v io u s   r ev iews  h av ass ess ed   th ex ten to   wh ich   atten tio n - au g m e n ted   R NNs  ca n   f o r ec ast  m alar ia  o u tb r ea k s   in   So u th e r n   Af r ica  o r   th f e asib ilit y   o f   m er g in g   DHI S2   h ea lth   f ac ilit y   d ata  w ith   s atellite - d er iv ed   clim ate  p r ed icto r s   in   s in g le  d ee p   le ar n in g   f r am ewo r k .     T h g a p   h as  clo s ed   with   th is   r ev iew  wh ich   o f f er s   s y s tem atic  ev id en ce   b ased   in tellectu al  f o u n d atio n   f o r   t h e   MT ec h   r esear ch   p r o ject  at  th Har ar I n s titu te  o f   T ec h n o l o g y .   Aim   an d   o b jectiv es  o f   th r ev iew t h is   liter atu r r ev iew   aim s   to   cr itically   r ev iew   th b o d y   o f   ac ad em ic  liter atu r r elev an to   ap p ly i n g   R NN s   to   m alar i o u tb r ea k   p r ed ictio n   in   Su b - Sah ar an   A f r ican   s ettin g s ,   an d   to   id en tify   r esea r ch   g a p s   th at  m o tiv ate  th c u r r en p r o ject.   I n   p ar ticu lar ,   th r ev iew  aim s   to :     i e x p lain   th th eo r etica lin k   b etwe en   clim ate  v ar iab l es  an d   th tr an s m is s io n   d y n am ics  o f   m alar ia   ii d escr ib th d e v elo p m e n o f   f o r ec asti n g   m eth o d s   f r o m   t r a d itio n al  s tatis tical  m o d els  to   co n tem p o r ar y   d ee p - lear n in g   ar c h itectu r es iii c o m p ar th s tr en g t h s   an d   lim it atio n s   o f   R NN   v ar i an ts   ( L STM ,   g ated   r ec u r r en t   u n it  ( GR U)   an d   th co n tr ib u ti o n   o f   atten tio n   m ec h an is m s   to   tim e - s er ies  p r ed ictio n ;   iv e v alu ate  th d eg r ee   to   wh ich   cu r r en wo r k   in c o r p o r a tes  m u lti - s o u r ce   d ata   ( clim ate,   ep id em io lo g y ,   an d   h ea lth - s y s tem   in f r astru ctu r e)   with in   s in g le  p r ed ictio n   f r a m ewo r k a n d   v i d en tify   g ap s   an d   in c o n s is ten cies  in   th liter atu r wh ich   r eq u ir e   f u r th er   i n v esti g atio n .   Sco p an d   s ig n if ican ce th r e v iew  is   lim ited   alo n g   th r ee   d im en s io n s .   I t is g eo g r ap h ically   f o cu s ed   o n   Su b - Sah ar an   Af r ica  with   p ar t icu lar   f o cu s   o n   So u th e r n   Af r i ca n   co u n tr ies ( Z im b a b we,   Mo za m b iq u e,   Z am b ia,   B o ts wan a,   an d   So u th   Af r ica)   b u t d r awin g   o n   r ele v an t c o m p ar ativ wo r k   f r o m   E ast an d   W est Af r ica  an d   o th er   tr o p ical  r eg i o n s   s u ch   as  So u t h   Asi an d   L atin   Am er ica.   I n   tim th e   r ev iew  s p a n s   p u b licatio n s   f r o m   1 9 9 7   wh en   th e   s em in al  L STM   p ap er   was  p u b lis h ed   b y   Ho c h r eit er   an d   Sch m id h u b e r   [ 3 ]   to   s tu d ies  p u b lis h ed   in   ea r ly   2 0 2 5 .   T h is   r ev iew  is   p r i m ar ily   m eth o d o lo g ical,   with   e m p h asis   o n   q u an titativ f o r ec asti n g   m eth o d s ,   an d   ex clu d es  q u alitativ s tu d ies  o f   m alar ia  p o licy   o r   b eh av io u r a r esear ch   o n   b ed - n et  u s an d   tr ea tm en t - s ee k in g ,   u n less   s u ch   s tu d ies p r o v id n e ce s s ar y   b ac k g r o u n d   f o r   p r e d ictio n   m o d els.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       A   liter a tu r r ev ie w   o r ec u r r e n t n eu r a l n etw o r a p p r o a ch es  to   ma la r ia   o u tb r ea k     ( S o p h i a   Temb u r e )   379   T h v alu o f   th is   r ev iew  lies   in   th s y n th esis   o f   f r ag m e n ted   s tr an d s   o f   liter atu r th at  r ar ely   h a v b ee n   co n s id er ed   to g eth e r   u n til  n o w.   C lim ate - d is ea s ec o lo g y ,   ML ,   an d   h ea lth - s y s tem   in f o r m atics  ar u s u ally   p u b lis h ed   in   d if f e r en jo u r n als  an d   h eld   in   d if f er e n co n f e r e n ce   v en u es.  T h r ev iew  co m b in es  th ese  v iews   to   o f f er   a   co h er en i n tellectu al  f r am ewo r k   f o r   m u lti - s o u r ce   p r ed ictio n   s y s tem   f o r   Z im b a b wea n   co n d itio n s .   Nu m er o u s   s tu d ies  h av lo o k ed   in to   ML   a p p licatio n s   in   m alar ia  a n d   in f ec tio u s   d is ea s p r ed ictio n .     Sh r ag ai  et   a l .   [ 4 ]   lo o k ed   in t o   clim ate - b ased   m o d els  f o r   p r ed ictin g   v ec to r - b o r n e   d is ea s o u tb r ea k s ,   wh ile   C ar v ajal  et  a l .   [ 5 ]   r ev iewe d   d ee p   lear n in g   f o r   d e n g u e p id e m ic  f o r ec asti n g .   No n et h eless ,   th ese  r ev iews  ar e   f u n d am e n tally   d i f f er en t   f r o m   th p r esen w o r k   in   th r ee   wa y s .   T o   b eg in   with ,   th e r is   n o   s p ec if ic  f o cu s   o n   R NN   ar ch itectu r es  f o r   m alar ia   in   Su b - Sah ar a n   Af r ica.   Seco n d ,   n o   o n ex a m in es  th p r e p ar ed n ess   o f   atten tio n   m ec h an is m s alr ea d y   co m m o n p lace   in   n atu r al  lan g u a g e   p r o ce s s in g   ( NL P )   an d   f in an cial  tim e - s er ies   f o r ec asti n g f o r   u s with   m alar ia  s u r v eillan ce   d ata  f r o m   So u t h er n   Af r ica.   Fu r th er m o r e,   p ast wo r k   h as n o t u s ed   h ea lth   f ac ilit y   in f r astru ct u r d ata  ( f ac ilit y   d en s ity ,   b e d   ca p a city ,   an d   g eo g r a p h ic  ac ce s s ) ,   as  m o d el  co v a r iates  alo n g   with   clim ate  p r ed icto r s .   T h is   r ev iew  s y n th esizes  R NN  ar ch itectu r es,  atten tio n   m ec h an is m s   an d   h ea lth - s y s tem   in f o r m atics  in   So u th er n   Af r ican   m alar ia  p r e d ictio n   co n tex f o r   th f ir s tim e.   I n   d o in g   s o ,   it  p r o v i d es  s tr u ctu r ed   ev id en ce   b ase  wh ich   m o tiv ates  an d   ju s tifie s   th p r o p o s ed   M . T ec h .   r esear ch   d esig n   at  th Har ar I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Sea rc s t ra t eg y   W e   p e r f o r m e d   a   s y s t e m at i c   s ea r c h   i n   f i v e   a c a d e m i c   d at a b a s e s   f r o m   J a n u a r y   t o   M a r c h   2 0 2 6 .   P r i m a r y   s e a r c h   t e r m s   w e r e   c o m b i n e d   u s i n g   B o o l ea n   o p e r a t o r s   w it h i n   a   c o n t r o l l e d   v o c a b u l a r y .   T h e   b a s e   q u e r y   t e m p l a te   u s e d   w a s :   ( m a l a r i a   OR   v ec t o r   b o r n e   d i s e a s e )   A ND   ( p r e d i c t i o n   OR   f o r e c a s t i n g   OR   e a r l y   w a r n i n g A N D   ( n e u r a l   n e t w o r k   O R   L S T M   OR   GR U   OR   d e e p   l e a r n i n g   O R   m a c h i n e   l e a r n in g   O R   a t t e n ti o n A N D   ( A f r i c a   O R   S u b - S a h ar a n   O R   t r o p i c a l   OR   l o an d   m i d d l e   i n c o m e ) .   T h e   s e m in a l   p a p e r s   i d e n ti f i e d   i n   t h e   f i r s t   p a s s   w e r e   c i t at i o n - t r a c e d   b a c k w a r d s   a n d   f o r w a r d s .   T h e   r e t a i n e d   a r t i c le s   w e r e   s c r e e n e d   f o r   f u r t h e r   r e l e v a n c e   b y   s c r e e n i n g   p a p e r s   c i t e d   f r e q u e n t l y   b y   t h e   r e t ai n e d   a r t i c l es   a n d   p a p e r s   ci t i n g   t h e   r e t a i n e d   a r t ic l es .     2 .2 .     Da t a ba s es  c o ns ulte d   T h s h o r tco m i n g s   ass o ciate d   with   th is   r ev iew  co n s tr ain   t h r ep r esen tativ en ess   o f   t h s tu d ies  it   en co m p ass es.  T o   b eg in   with ,   th s ea r ch   was  lim ited   to   E n g lis h - lan g u a g p u b licatio n s .   T h is   m ay   h av e   ex clu d ed   r elev an t   s tu d ies  p u b lis h ed   in   Fre n ch ,   Po r tu g u ese  o r   Swah ili.  T h ese  lan g u ag es  ar co m m o n   i n     h ig h - b u r d e n   m alar ia  co u n tr ies  lik th Dem o cr atic  R ep u b lic   o f   C o n g o   M o za m b iq u an d   T an za n ia.   W r iter s   o f   Fre n ch - lan g u ag liter atu r f r o m   Fra n co p h o n e   W est  Af r ica  wo u ld   th er e f o r n o b w id ely   r ep r esen ted .   Sy s tem s   b ased   o n   SA R I MA   h av b ee n   wid ely   d ep l o y ed .   An o th er   lim itatio n   is   th at  th f iv d atab ases   s ea r ch ed   Go o g le  Sch o lar ,   I E E E   Xp lo r e,   Scien ce Dir ec t,  Pu b Me d ,   an d   Sp r in g er L in k T h d atab ases   co n s u lted ,   th eir   co r r esp o n d in g   UR L s ,   an d   th s ea r ch   p e r io d   ar s u m m ar is ed   in   T ab le  1 .   W h ile  th ese  s o u r ce s   p r o v id e   b r o ad   co v e r ag e   o f   th a v ailab l liter atu r e,   t h ey   d o   n o t   in clu d ev er y   Af r ica n   r e g io n al   jo u r n al.   So m r eg io n al   jo u r n als  in clu d p r ac titi o n er - l ed   m alar ia  s u r v eillan ce   s tu d ie s   wh ich   d o   n o m ee t h t h r esh o ld   f o r   in d ex i n g   i n   an y   o f   th m ajo r   d atab ases .   Fu r th er m o r e ,   p u b licatio n   b ia s   ag ain s f in d in g s   th at  ar n o p o s itiv o r   s tatis tically   in s ig n if ican t   m ea n s   th at  f ailed   f o r ec asti n g   ex p er im en ts   wh ic h   ar lik ely   to   o f f er   eq u ally   u s ef u m et h o d o lo g ical   in s ig h ts   will  n o co n tr ib u te   to   t h ev i d en ce   th at  s tu d ies  s y n th esis e.   R ec o g n is in g   t h ese  lim itatio n s   a s   an   in teg r al  p a r o f   s y s tem atic  liter atu r r ev iews  m ea n s   th ey   d o   n o in v alid ate  th f in d in g s .   Ho wev e r ,   th ey   d o   s u g g est  th f o u r   r esear ch   g ap s   we  id e n tifie d   m ay   b lar g e r   th an   wh at  th in cl u d ed   liter atu r e   in d icate s .       T ab le  1 .   Data b ases   co n s u lted   d u r in g   th liter atu r s ea r c h   D a t a b a s e   U R L   D a t e   r a n g e   se a r c h e d   G o o g l e   S c h o l a r   sch o l a r . g o o g l e . c o m   1 9 9 7 - 2 0 2 5   I EEE  X p l o r e   i e e e x p l o r e . i e e e . o r g   1 9 9 7 - 2 0 2 5   S c i e n c e D i r e c t   sci e n c e d i r e c t . c o m   1 9 9 7 - 2 0 2 5   P u b M e d   p u b m e d . n c b i . n l m . n i h . g o v   1 9 9 7 - 2 0 2 5   S p r i n g e r Li n k   l i n k . sp r i n g e r . c o m   1 9 9 7 - 2 0 2 5       2 . 3 .     I nclus io n a nd   ex clus io cr it er ia   2 . 3 . 1 .   I nclus io n c rit er ia   T o   en s u r m eth o d o lo g ical  co n s is ten cy   an d   r elev an ce ,   e x p l icit  in clu s io n   cr iter ia  wer estab lis h ed   p r io r   to   th e   s cr ee n in g   p r o ce s s .   T h ese  cr iter ia   wer d esig n ed   to   id en tif y   s tu d ies  th at   d ir ec tl y   ad d r ess ed   m alar ia   p r ed ictio n   u s in g   q u a n titativ m o d ellin g   ap p r o a c h es  wh ile  m ain tain in g   s u f f icien m eth o d o lo g ical  q u ality .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l Vo l.  7 ,   No .   3 No v em b er   20 26 3 7 7 - 393   380   On ly   p u b licatio n s   m ee tin g   al o f   th f o llo win g   c r iter ia  wer r etain ed   f o r   f u r th e r   r ev iew i p eer - r e v iewe d   jo u r n al  ar ticles,  co n f er en ce   p ap er s   an d   b o o k   ch ap ter s   p u b l is h ed   in   th p e r io d   1 9 9 7   to   2 0 2 5 ;   ii)  s tu d ies  th at   q u an titativ ely   p r e d ict  o r   f o r ec ast  m alar ia  in cid en ce   o r   o th er   r elate d   m etr ics  f o r   v e cto r - b o r n d is ea s es   iii)  p ap er s   th at  p r esen ML ,   s tatis t ical  o r   h y b r id   m o d ellin g   ap p r o ac h es  th at  ca n   b ap p lied   to   m o n th l y   o r   wee k ly   tim e - s er ies  d ata i v )   s tu d ies  with   d atasets   f r o m   Su b - Sah ar an   Af r ica,   Asi o r   o t h er   tr o p ical  r eg i o n s   with   s im ilar   ep id em io lo g ical  m alar ia  d y n am ics an d   v )   m eth o d o lo g ical  p ap er s   o n   R NN  ar ch itectu r es  an d   atten tio n   m ec h an is m s ,   n o t lim ited   to   p ar ticu lar   ap p licatio n   d o m ain .     2 . 3 . 2 .   E x clus io n c rit er ia   C o m p lem en tar y   ex clu s io n   c r iter ia  wer ap p lied   to   r em o v s tu d ies  th at  d id   n o alig n   with   th e   o b jectiv es  o f   th is   r e v iew.   T h ese  cr iter ia  h elp ed   e n s u r th at  th f in al  ev i d en ce   b ase  r e m ain ed   f o cu s ed   o n   p r ed ictiv m o d ellin g   m et h o d o lo g ies  ap p lica b le  to   m alar ia   f o r ec asti n g .   Pu b licatio n s   th a t   m ee an y   o f   t h f o llo win g   co n d itio n s   wer ex clu d ed   f r o m   th r ev iew i)   g r ey   liter atu r e,   co n f er en ce   p r o ce ed in g s   ab s tr ac ts   with o u f u ll  tex an d   e d ito r ial  co m m en tar ies ii)  s tu d ies  r estricte d   to   m o lecu lar   b io l o g y ,   d r u g   d ev el o p m en o r   v ac cin tr ials ,   with o u co m p o n en o f   p r ed ictiv m o d ellin g iii)  p ap er s   with   q u alitativ f in d in g s   o n l y   ( f o c u s   g r o u p   d is cu s s io n s ,   p o licy   r ev iews)  with o u q u an titativ ev alu atio n iv )   p u b licatio n s   n o av ailab le  in   E n g lis h an d   v )   d u p licate  p u b licatio n s   a n d   p r e p r in v er s io n s   wh en   th e   p ee r - r ev iewe d   v er s io n   was a ls o   av ailab le.     2 . 3 . 3 .   J us t if ica t io n o f   ex clus io n c rit er ia   E x clu s io n   b y   d esig n   o f   q u alitativ an d   eth n o g r ap h ic  s tu d ies  s h o u ld   b clea r ly   ju s tifie d .   Su ch   s tu d ies  c an   p r o v i d v alu ab le  co n tex t u al  in f o r m atio n   o n   h ea lth - s ee k in g   b eh a v io u r   a n d   co m m u n i ty - lev el  d r iv er s   o f   m alar ia  b u r d en .   T h is   r ev iew  e x clu d ed   q u alitativ r esear ch   f o r   two   p r in cip led   r ea s o n s .   Fir s t,  th p r im ar y   aim   o f   th r ev iew  is   to   ev al u ate  th tech n ical  p e r f o r m a n ce   a n d   ar ch itectu r al  c h ar ac ter is tics   o f   co m p u te r ized   p r ed ictio n   m o d els.  T h is   o b jec tiv r eq u ir es  q u an titativ o u tco m m ea s u r es,  s u ch   as  r o o t   m ea n   s q u ar er r o r   ( R MSE ) ,   m ea n   ab s o lu te  er r o r   ( MA E ) ,   an d   th ar ea   u n d e r   th r ec eiv er   o p er atin g   ch a r ac ter is tic   ( AU R OC ) ,   wh ich   q u alitativ s tu d ies,  b y   d esig n ,   d o   n o r ep o r t.  I n   th li ter atu r r ev iewe d ,   m alar ia  p r e d ictio n   m o d els  ar v alid ated   u s in g   n u m er ically   q u an tifie d   s u r v eillan ce   r ec o r d s ,   wh ile  co n tex tu al  f ac to r s   d o cu m e n ted   in   q u alitativ s tu d ies  h av y et  to   b in co r p o r ated   in t o   th f e atu r en g in ee r i n g   o f   t h d ee p   lear n in g   m o d els  r ev iewe d .   Ne v er th eless ,   it  is   r ec o g n ized   th at   q u alitativ e   e v id en ce   o n   h ea lth - s ee k in g   b e h av io u r ,   h ea lth ca r ac ce s s ib ilit y ,   an d   co m m u n ity - lev el  p r ac tices  co u ld   im p r o v th ec o lo g ical  v alid ity   o f   f u tu r e   p r e d ictiv m o d els,  p ar ticu lar ly   in   u n d er - r eso u r ce d   s ettin g s   wh er s u r v eillan ce   d ata  m ay   s y s tem ati ca lly   u n d er esti m ate   th tr u b u r d e n   o f   m alar ia  tr an s m is s io n .     2 . 4 .     Scre ening   o utc o m es   T h f ir s s ea r ch   r esu lted   in   1 8 7   p a p er s   as  ca n d id ates  f r o m   th f iv d atab ases .   T h 2 3   d u p licate   p ap er s   an d   1 8   p ap e r s   th at  d id   n o m ee t   th e   in clu s io n   cr iter ia   o n   titl an d   a b s tr ac r ev iew   wer ex clu d ed ,   an d   1 4 6   p ap e r s   p r o ce ed ed   to   f u ll - tex ev alu atio n .   At  t h is   s tag f u r th er   1 0 4   p ap er s   wer ex clu d ed   f o r   r ea s o n s   r ec o r d e d   b el o leav in g   4 2   p a p er s   r etain ed   f o r   s y n th esis .   Of   th ese,   2 0   a r m e n tio n e d   as  c o r liter atu r e   in   th e   co m p ar ativ m at r ix   in   s ec tio n   4 .     2 . 5 .     Repro du cibili t y   s t a t em e nt  a nd   s ea rc h str ing s   I n   t h e   in ter est  o f   r e p r o d u cib ili ty ,   th e   ex ac B o o lean   s ea r ch   q u er ies  u s ed   ac r o s s   th f i v d at ab ases   ar d o cu m e n ted   b elo w.   All  s ea r ch es  wer co n d u cted   b etwe en   J a n u ar y   a n d   Ma r c h   2 0 2 6 .   T h b ase  q u er y   tem p late   ap p lied   to   all  d atab ases   wa s Q u er y   1   ( R NN/L STM   f o c u s ) :   ( m alar ia  OR   v ec to r - b o r n d is ea s e )   AND   ( p r ed ictio n   OR   f o r ec asti n g   O R   ea r ly   war n in g )   AND  ( n eu r al  n etwo r k   OR   L STM   OR   GR O R   d ee p   lear n in g   OR   r ec u r r en n eu r al  n etwo r k )   AND  ( Af r ica  O R   Su b - Sah ar an   OR   tr o p ical   OR   lo w - in co m e ) Qu er y   2   ( a tten tio n   m e ch a n is m s ) :   ( m alar ia  OR   d en g u OR   i n f ec tio u s   d is ea s e )   AND  ( att en tio n   m ec h an is m   OR   atten tio n - b ased   OR   s elf - atten tio n   OR   tr an s f o r m er )   AND  ( f o r ec asti n g   O R   p r ed ictio n   OR   s u r v eillan ce ) Qu er y   3   ( h ea lth   s y s tem   in teg r atio n ) :   ( m alar ia  OR   d i s ea s s u r v eillan ce )   AND  ( DHI S2   O R   h ea lth   in f o r m atio n   s y s tem   OR   h ea lth   f ac ilit y   OR   r o u t in s u r v eillan ce )   AND  ( m a ch in lear n in g   OR   d ee p   lear n in g   OR   p r ed ictio n ) Qu er y   4   ( c lim ate - d is ea s ec o lo g y ) :   ( m alar ia  OR   Plas m o d iu m )   AND  ( r ain f all  OR   tem p er atu r OR   c l im ate  OR   ND VI   OR   lan d   s u r f ac tem p er atu r e )   AND  ( p r ed icti o n   OR   tr an s m is s io n   OR   in cid en ce )   AND  Af r ica .   Data b ase - s p ec i f i f i lte r s   a p p lie d :   p u b li ca t i o n   d at r a n g e   1 9 9 7 2 0 2 5 ;   E n g lis h   la n g u a g e;   p ee r - r e v iew e d   jo u r n als   a n d   c o n f e r e n ce   p r o ce e d i n g s   o n l y .   Gr e y   lit e r at u r e,   p r ep r i n ts   w it h o u t   p u b lis h e d   p ee r - r ev iew e d   co u n te r p a r t ,   a n d   ed it o r ials   w er ex cl u d e d   at   t h e   d a ta b as e   f ilt er   s t a g e   b e f o r e   t itl a n d   a b s t r a ct   s c r e en in g .     T h PR I S MA   f l o d i ag r a m   in   F ig u r 1 ,   d o c u m en ts   t h e   f u ll  s cr ee n i n g   p r o c ess .   R es ea r c h e r s   wis h i n g   t o   r e p li ca t e   t h is   r e v ie w   a r e   a d v is ed   t o   r e - r u n   t h e   q u e r ies   ab o v e ,   as   n ew   p u b lic ati o n s   e n te r i n g   t h e   d a ta b as es  a f te r   Ma r c h   2 0 2 6   m ay   y i el d   ad d i ti o n al   r el e v a n t   s t u d ies .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       A   liter a tu r r ev ie w   o r ec u r r e n t n eu r a l n etw o r a p p r o a ch es  to   ma la r ia   o u tb r ea k     ( S o p h i a   Temb u r e )   381       Fig u r 1 .   PR I SMA  f lo d iag r am   o f   liter atu r s cr ee n in g   p r o c ess       3.   T H E M AT I L I T E RA T UR E   RE V I EW   T h r etain ed   liter atu r f alls   in to   s ix   b r o ad   th em atic  s tr an d s .   E ac h   s tr an d   is   r ev iewe d   in   tu r n ,   with   atten tio n   g iv en   to   ch r o n o l o g ic al  d ev elo p m e n t,  m eth o d o lo g ic al  ev o lu tio n ,   an d   r ec u r r i n g   d e b ates.     3 . 1 .     Clima t e - dis ea s ec o lo g y   a nd   v ec t o bio lo g y   R esear ch   co n ce r n i n g   th r elatio n s h ip   b etwe en   clim atic  f ac to r s   an d   th e   tr an s m is s io n   o f   m alar i a   b io lo g ically   b eg an   i n   th late  n in etee n th   ce n tu r y .   Ho wev er ,   f r o m   a   m o d e r n - d ay   p er s p ec tiv e,   th f ir s attem p t   at  m o d ellin g   was  m ad b y   C r aig   et  a l .   [ 6 ] .   T h clim at s u itab ilit y   m o d el  p r o p o s ed   b y   C r aig   et  a l .   [ 6 ]   id en tifie d   tem p er at u r an d   p r ec ip itatio n   as  th two   m ajo r   clim atic  f ac to r s   th at  d eter m i n th in ten s ity   o f   tr an s m is s io n   o f   f alcip ar u m   m a lar ia  in   Su b - Sah ar an   Af r ica  b a s ed   o n   m o n th l y   en v elo p es  o f   clim atic  co n d itio n s   wh er th An o p h eles  v ec to r   wo u ld   co m p lete  its   life   cy cle  an d   wh er th Plas m o d iu m   f alcip ar u m   p a r asit wo u ld   m atu r e   in   th An o p h ele s   m o s q u ito .   Patz  et  a l .   [ 7 ]   m eth o d o lo g y   was  ex ten d ed   to   en c o m p ass   tim e - d ep en d en cy .   T h m o d ellin g   r esu lts   d em o n s tr ated   a   c o n s is ten lag   in   th r ain f all  p ea k - to - m alar i ca s in cid en ce   p e r io d   o f   f o u r   to   eig h wee k s .   T h is   f in d in g   is   p r ac tically   r elev an as  it  im p lies   th at  o n e - m o n th - ah ea d   f o r ec asts   co u ld   in co r p o r ate  o b s er v ed   r ain f all  d ata.   I n   co n t r ast,  th r e e - m o n th - ah ea d   f o r ec as ts   wo u ld   h av to   d ep e n d   s o lely   o n   th s ea s o n al  clim ate   in d ices  an d   au to c o r r elatio n   ef f ec ts .   T h is   d elay   o cc u r s   b ec au s r ain f all  p r o v id es  th n ec ess ar y   b r ee d in g   g r o u n d s ,   lar v ae   n ee d   a b o u t   tw o   wee k s   to   d e v elo p   in to   ad u lt s ,   p ar asit es  n ee d   10   to   12   d ay s   to   in cu b ate  with in   th m o s q u ito ,   an d   in f ec tio n   o f   h u m an s   an d   th d ev elo p m en o f   s y m p to m s   ad d   an o t h er   o n to   two   wee k s .   T h is   d elay   h as  im p o r ta n r am if icati o n s   f o r   f o r ec asti n g ,   in   th last   o n m o n th   ah ea d   p r ed ictio n s   will  u tili ze   r ain f all   d ata  f r o m   th p r ev io u s   m o n th ,   wh er ea s   th r ee   m o n th s   ah ea d   p r ed ictio n s   will  h av to   r eso r to   m o r g en e r al   s ea s o n al  f ac to r s   an d   au t o co r r e latio n   ef f ec ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l Vo l.  7 ,   No .   3 No v em b er   20 26 3 7 7 - 393   382   R ain f all  v ar iatio n   is   th m o s im p o r tan b eliev ed   e x ter n al  d r iv er   o f   m alar ia  tr an s m is s io n ,   ac co r d in g   to   Ma b aso   et  a l .   [ 8 ]   u s in 13   y ea r s   o f   n atio n al  Z im b a b wea n   d ata.   T h o u g h   th is   f in d in g   ca n   b a p p lied   t o   f o r ec asti n g ,   th f in d in g s   m ay   n o b ap p licab le  f o r   th m o d er n - d ay   d is tr ict - b ased   p r ed ic tio n   m o d els  d u to   th eir   co ar s e   an n u al  tim s ca l an d   p r e - DHI S2   d ata   co llec tio n   m eth o d o lo g y ,   alth o u g h   d r u g   r esis tan ce   an d   h u m an   im m u n o d e f icien cy   v ir u s   ( HI V)   co - in f ec tio n   also   r e s u lted   in   a n   in c r ea s in   ca s n u m b er s   in   t h late   1 9 9 0 s .   I n   th eir   s tu d y   p u b lis h ed   in   2 0 1 8 ,   Gwitir et  a l .   [ 9 ]   em p lo y ed   g e o g r a p h ic  in f o r m atio n   s y s tem   ( GI S)  ap p r o ac h es  f o r   m ap p in g   th p r ev alen ce   o f   m alar ia  b ased   o n   altitu d e,   lan d   u s e/co v e r   ty p es,  an d   p o p u latio n   d en s ity   at  th war d   le v el,   f o c u s in g   o n   s p atial  h eter o g en eity   b u t n o t o n   tem p o r al  p r e d ictio n .   C am in ad et  a l .   [ 1 0 ]   r elied   o n   d y n am ical  clim ate   m o d els   to   in v esti g ate  th im p ac o f   f u tu r clim ate  s ce n ar io s   o n   th s p r ea d   o f   m alar ia,   wh er ea s   T h o m s o n   et  a l .   [ 11 ]   illu s tr ated   th at  clim atic  in d icato r s   d er i v e d   f r o m   th eq u ato r ial  Pacif ic,   s u ch   as  E Niñ o - So u th er n   Oscill atio n   ( E NSO) ,   co u ld   b u s ed   to   f o r ec ast   ab n o r m al   m ala r ia  s ea s o n s   i n   n eig h b o u r in g   B o ts wan u p   to   f o u r   m o n th s   ah ea d .   T h e   ab o v wo r k s   clea r ly   s h o w   th at  clim atic  f ac to r s   ar n ec ess ar y   b u n o t su f f icie n t d eter m in an ts   f o r   p r e d ictin g   th e   d y n am i cs o f   m alar ia.     3 . 2 .     St a t is t ica l a pp ro a ches t o   m a l a ria   f o re ca s t ing   E ar l m alar ia  ea r ly - war n i n g   s y s tem s   wer b ased   o n   tr ad itio n al  tim e - s er ies  an aly s is   te ch n iq u es.  Acc o r d in g   to   Z in s ze r   et  a l .   [ 12 ] ,   th m ai n   r esu lt  o f   SAR I MA   m o d ellin g   is   its   av ailab ilit y   to   lo w - r eso u r ce   s ettin g s .   T h d o w n s id is   SAR I MA   is   s p ec if ic  as  to   th ty p o f   d ata  it   ca n   h an d le.   I as s u m es  lin ea r ity   an d   s tatio n ar ity .   Du to   th c o m b in ed   ef f ec ts   o f   clim ate  v ar ian ce ,   d r u g   r esis tan ce   an d   in c r e asin g   co v er a g es  o f   in ter v en tio n s ,   th is   ass u m p tio n   d o es  n o h o ld   a n y m o r e.   T h SAR I MA   m o d el  co n s id er s   th s ea s o n al  n atu r o f   m alar ia  in f ec tio n s   a n d   th a u t o co r r elatio n   o f   ca s s er ies,  an d   b ec a u s o f   its   in ter p r etab ilit y ,   it  is   th e   p r e f er r ed   ap p r o ac h   in   lo w - r eso u r ce   s ettin g s   wh er b lack   b o x   m o d els ar s u b ject  to   d o u b b y   p o licy   m ak er s .   Gen er alize d   lin ea r   m o d els  ( G L Ms)   an d   g en e r alize d   ad d itiv m o d els  ( GAM s )   h av also   b ee n   u s ed   ex ten s iv ely .   L o ev in s o h n   [ 13 ]   was  am o n g   th e   f ir s to   q u an tif y   th e   r elatio n s h ip   b etwe en   cli m ate  v ar iab les   an d   m alar ia  tr an s m is s io n ,   u s in g   GL to   p r ed ict  m alar ia  in f ec tio n s   in   h ig h lan d s   o f   R wan d u s in g   tem p er atu r e   an o m alies.  B ay esian   g eo s tati s tical  m ap p in g   f o r   esti m atin g   co n tin en tal  Plas m o d iu m   f alcip ar u m   p r e v alen ce   was e m p lo y ed   b y   B h att  et  a l . [ 14 ]   b u t th s tu d y   em p h asized   s p atial  m ap p in g   r at h er   th a n   f u t u r p r e d ictio n .   I is   clea r   th at  c lass ical  s tati s tics   h av b ec o m in cr ea s in g ly   d if f icu lt  to   u s ef f ec tiv e ly .   L in ea r   d ep en d e n ce   an d   s tatio n ar y   p r o ce s s es   ar ass u m ed   b y   SA R I MA   an d   GL m eth o d o lo g ies,   two   co n d itio n s   th at   ar n o alwa y s   s ati s f ied   b y   th m alar ia  tim s er ies.  Dr u g   r esis tan ce ,   in ter v en tio n   co v er ag e,   p o p u latio n   m ig r atio n ,   a n d   clim atic  ch a n g r ep r esen s o m o f   th e   n o n - s tatio n ar ities   in   m alar ia   tim s er ies  d ata.     ML   g ain ed   p o p u la r ity   in   th e ar ly   2 0 1 0 s .     3 . 3 .     ML   a pp ro a ches   T r ad itio n al  a p p licatio n s   o f   ML   in   m ala r ia  p r e d ictio n   wer e   f o cu s ed   o n   th e   u s o f   en s e m b les  lik r an d o m   f o r ests   an d   b o o s ted   d e cisi o n   tr ee s .   I n   th eir   g eo s tatis ti ca l m o d el,   B h att  et  a l . [ 14 ]   in c o r p o r ate d   b o o s ted   r eg r ess io n   tr ee s ,   s h o win g   th a en s em b les  ca n   d etec n o n li n ea r   r elatio n s h ip s   b etwe en   cl im atic  f ac to r s   an d   d is ea s p r ev alen ce .   Su p p o r t   v ec to r   m ac h in e   ( SVM)   a n d   n eu r al  n etwo r k s   as  class if ier s   h av also   b ee n   in v esti g ated   in   m alar ia  r esear ch .   I n   p a r ticu lar ,   Kian g   et  a l .   [ 15 ]   im p lem e n ted   an   o u tb r ea k   v e r s u s     non - o u tb r ea k   SVM   in   T h ailan d   with   h ig h   s p ec if icity   b u t lo w   s en s iti v ity   an   im p o r tan t im b alan ce   as th co s t o f   er r o n e o u s ly   m is s in g   an   o u tb r e ak   ( a   f alse  n eg ativ e)   is   f ar   g r e ater   th an   th at   o f   f alse  alar m .   T h ey   s u g g est  th at  m o d els  f r am ed   in   ter m s   o f   cl ass if icatio n   ar in h er en tly   m is alig n ed   with   th r eq u ir em en ts   o f   m alar ia  e ar ly   war n in g class if icatio n   p r o v e d   in f er io r   to   r eg r ess io n   b ec au s e   it  lo s es  in f o r m atio n   o n   ca s n u m b er s .   Ho we v er ,   d esp ite  all  th ese  ad v an tag es,  th en s em b le  an d   SVM  m o d e ls   s u f f er   f r o m   th s am d r aw b ac k ,   f o r   ex a m p le   th d ata  is   co n s id er ed   as  v e cto r ,   n o t   as  s eq u en ce .   Fo r   in s tan ce ,   f o r   twelv e - m o n th   p er io d ,   if   th e r ar e   twen ty   f ea tu r es   p er   m o n th ,   th in p u will  b e   a   2 4 0 - v ec to r   in   wh ich   th er e   is   n o   s eq u e n ce   o r d er   b etwe e n   d if f er en o b s er v atio n s .     3 . 4 .     RNNs   On s u ch   im p o r ta n m iles to n was  th L STM   n etwo r k   d es ig n   o f   Ho c h r eiter   an d   Sch m id h u b er   [ 3 ] .   B y   in tr o d u cin g   a n   ar ch itectu r in co r p o r atin g   in p u t,  f o r g et,   an d   o u tp u g ates  to   co n tr o th in f o r m atio n   f l o w   ac r o s s   d if f er en t   tim s tep s ,   th L STM   ad d r ess ed   th v an is h in g   g r ad ien is s u o f   p r ev io u s   r ec u r r en t   n etw o r k s .   T h is   allo wed   tr ain in g   o n   s eq u en ce s   o f   te n s   to   h u n d r ed s   o f   tim estep s ,   wh ich   is   th v er y   r an g o f   s eq u en ce   len g th   n ee d ed   f o r   m o n th ly   e p i d em io lo g y   f o r ec asti n g .   T h GR was  p r esen ted   b y   C h o   et  a l .   [ 16 a s   an   ap p r o ac h   th at  is   s o m ewh at  co m p u tatio n ally   m o r e   ef f icien t th an   th L STM .   I n   th GR m o d el  th f o r g et  an d   in p u t g ates a r co m b in ed   in t o   a   s in g le  u p d ate  g ate,   an d   th ce ll  s tate  i s   in co r p o r at ed   in to   th h id d en   s tate,   h alv i n g   th n u m b er   o f   p ar a m eter s   u s ed   in   th L STM .   W h en   co m p a r in g   th L STM   a n d   GR U,   C h u n g   et   a l .   [ 17 ]   o b s er v ed   n o   clea r   s u p er i o r   a r ch it ec tu r in   m o d ellin g   m u s ic  an d   s p ee c h .   On   th o th er   h an d ,   in   Gr ef f   et  a l .   [ 18 ]   s t u d y   c o m p ar i n g   t h im p ac t   o f   d if f er en t   p ar ts   o f   th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       A   liter a tu r r ev ie w   o r ec u r r e n t n eu r a l n etw o r a p p r o a ch es  to   ma la r ia   o u tb r ea k     ( S o p h i a   Temb u r e )   383   L STM   ar ch itectu r e,   th f o r g et  g ate  was  id e n tifie d   as  t h m o s cr u cial  co m p o n e n t,  f o llo w ed   b y   in p u t/o u tp u t   g ates.  Use  o f   R NNs  f o r   d is ea s f o r ec asti n g   g ain e d   m o m en tu m   in   th late  2 0 1 0 s .   T h is   g ain   is   d u to   L STM s   ab ilit y   to   ca p tu r e   n o n lin ea r   r elatio n s h ip s   am o n g   clim ate   v ar iab les  a n d   ca s co u n ts   o v er   tim e f r am es  o f   m u ltip le  wee k s .   T h m o d el   r e lied   s o lely   o n   clim ate  in p u ts it  h ad   n o   atten tio n   m ec h an is m   an d   in c o r p o r ated   n o   h ea lth   f ac ilit y   co v ar iates,  s o   its   ce ilin g   p er f o r m a n ce   is   b e lo wh at  a   m u lti - s o u r ce   a r ch it ec tu r co u ld   r ea ch .   Acc o r d in g   t o   Mb u n g e   et  a l [ 19 ]   th er e   ar two   m ain   lim it at io n s   ass o ciate d   with   th u s o f   AI   tech n iq u es  in   co n tr o llin g   m alar ia  in   Su b - Sah ar an   Af r ica:  lack   o f   u s o f   at ten tio n - b ased   ap p r o ac h es  an d   f ailu r to   in teg r ate   m u ltip le  s o u r ce s   o f   d ata  s u ch   as c lim ate  an d   h ea lth   s y s tem   d ata.     3 . 4 . 1 .   M a t hem a t ic a l f o r m ula t io n o f   L ST M   a nd   G RU  a rc hite ct ures   T h f o u n d atio n al   m o tiv atio n   f o r   L STM   n etwo r k s   lies   in   t h eir   s o lu tio n   to   th e   v a n is h in g   g r ad ien t   p r o b lem   th at  p r ev en ts   s tan d ar d   R NNs  f r o m   lear n in g   lo n g - r an g tem p o r al  d ep en d en cies.  I n   s tan d ar d   R NN,   th h id d e n   s tate    at  tim s tep   is     co m p u ted   as:     =  ( 1 + + )       w h er   ,     ar weig h t   m atr ices,    is   th i n p u t   at  tim e,     an d       is   a   b i as  v ec to r .   Du r in g   b ac k p r o p a g atio n   th r o u g h   tim ( B PTT ) ,   g r a d ien ts   ar m u ltip lied   r e p ea ted ly   b y   ,   ca u s in g   th em   to   v an is h   ex p o n en tially   o v er   lo n g   s eq u en ce s   cr itical  lim itatio n   wh en   m o d ellin g   m alar ia   tr an s m is s io n ,   wh er clim ate - ca s lag s   s p an   f o u r   to   eig h t w ee k s .   Ho ch r eiter   an d   Sch m id h u b er   [ 3 ]   ad d r ess ed   th is   b y   in t r o d u cin g   t h r ee   g atin g   m ec h a n is m s   th at   r eg u late  in f o r m atio n   f lo th r o u g h   ce ll  s tate  .   T h f o r g et  g ate    d ec id es  wh at  p r o p o r tio n   o f   th p r ev io u s   ce ll st ate  to   d is ca r d :     = ( [ 1 , ] + )       T h in p u g ate    an d   ca n d i d ate  ce ll st ate  ̃ d eter m in wh at  n ew  in f o r m atio n   to   s to r e:     ̃ = ( [ 1 , ] + )       T h ce ll st ate  is   th en   u p d ated   as:     = 1 + ̃       w h er   d en o tes  elem e n t - wis ( Had am ar d )   m u ltip licatio n .   Fin ally ,   th o u tp u t   g ate    f ilter s   th ce ll  s tate  to   p r o d u ce   th h i d d en   s tate  p ass ed   to   th n ex t tim s tep :     = ( [ 1     ] + )       = ta n h ( )       T h GR U,   in tr o d u ce d   b y   C h o   et  a l .   [ 16 ]   s im p lifie s   th L S T b y   m er g in g   th f o r g et  an d   in p u g ates  in to   a   s in g le  u p d ate  g ate    an d   a d d in g   r eset g ate  .     = ( [ 1 , ] )       = ( [ 1 , ] )       ̃ = ta n h   ( [ 1 ,   ] )       = ( 1 ) 1 + ̃       T h GR is   co m p u tatio n ally   lig h ter   th an   t h L STM   an d   h as  b ee n   s h o wn   t o   ac h iev c o m p ar ab le   p er f o r m an ce   o n   s h o r ter ,   n o is ier   s eq u en ce s   p r o p er ty   r el ev an to   Af r ican   d is tr ict - lev el  s u r v eillan ce   d ata  wh er wee k ly   ca s r ec o r d s   ar o f ten   in co m p lete.   Fo r   tr ain i n g ,   b o th   a r ch itectu r es  ar o p ti m is ed   u s in g   B PTT   with   Ad am   o r   R MSp r o p   o p tim is er s ,   m in im is in g   th m ea n   s q u ar ed   er r o r   ( MSE )   o r   MA E   b etwe en   p r ed icted   an d   ac tu al  ca s c o u n ts .   As  illu s tr ated   in   Fig u r e   2 ,   t h p r o g r ess io n   f r o m   co n v en tio n al  R NNs  to   L STM   an d   atten tio n - b ased   ar ch itectu r es  r ef lects  s u cc ess iv im p r o v em en ts   in   m o d ellin g   lo n g - te r m   d ep en d e n cies  an d   s elec tiv ely   weig h tin g   r elev an h is to r ical  in f o r m atio n ,   th er e b y   en h an cin g   s eq u en ce   p r e d ictio n   p er f o r m an ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l Vo l.  7 ,   No .   3 No v em b er   20 26 3 7 7 - 393   384       Fig u r 2 .   R NN  v s   L STM   v s   atten tio n   s ch em atic       3 . 5 .     At t ent io n m ec ha nis m s   in s eque ntia l m o dels   Atten tio n   was  o r ig in ally   d ev e lo p ed   f o r   m ac h in tr an s latio n   ap p licatio n s .   B ah d an au   et  a l .   [ 20 ]   ca m u p   with   s o f alig n m en atten tio n   in   o r d er   to   en a b le  s eq u en ce - to - s eq u e n ce   d ec o d e r   to   s elec wh ich   p ar ts   o f   th s o u r ce   s en ten ce   ar r elev an d u r in g   ea ch   s tep   o f   d ec o d in g .   T h is   is   ac h iev ed   th r o u g h   ca lcu latin g   th e   weig h ted   s u m   o f   th en c o d er   s tates,  with   th weig h ts   b ein g   c alcu lated   u s in g   an   ali g n m en f u n ctio n .   Ap p licatio n   o f   atten tio n   m e ch an is m s   in   tim e - s er ies  p r e d ictio n   h as   y ield ed   p r o m is in g   r esu lts .     Fo r   ex am p le,   Qin   et  a l .   [ 21 ]   p r esen ted   d u al - s tag atten tio n - b ased   R NNs  th at  u tili ze   atte n tio n   b o th   f o r   in p u f ea tu r es  an d   tim s tep s .   Su c h   m o d els  h av e   b ee n   s h o w n   to   i m p r o v e   u p o n   L STM   m o d els  wh en   wo r k in g   with   s to ck   p r ice   an d   air   q u ality   d ata.   p r ac tical   is s u in   ap p ly in g   atten tio n   m ec h an is m s   t o   Af r ican   m alar ia  s u r v eillan ce   d ata  is   th at  it  i s   s m all  an d   s p ar s e.   T h n atio n al   lev el  DHI S2   r ec o r d s   f o r   s in g le  co u n tr y   wo u ld   af ter   m is s in g   v alu im p u tatio n   y ield   o n ly   f ew  h u n d r ed   d i s tr ict - m o n th s   wo r th   o f   u s ab le  wee k ly   d ata.   T h is   is   co n s id er ab ly   f ewe r   tr ain in g   ex am p les th an   ar ty p ically   u s ed   in   th NL P o r   f in an cial  ap p licatio n s   o f   atten tio n .   Ma n y   ap p r o ac h es  h av e   b ee n   tr ied   in   s im ilar   d is ea s p r e d ictio n   s itu atio n s .   T r a n s f er   l ea r n in g   is     tech n iq u f o r   p r e - tr ain i n g   an   atten tio n - L STM   o n   d ata - r ich   co u n tr y   lik Ken y a   o r   T an za n ia,   an d     f in e - tu n in g   it  o n   c o m p a r ativ ely   s m aller   Z im b a b wea n   d ataset.   T h is   was  s h o wn   to   s ig n i f ican tly   r ed u ce   th e   m in im u m   tr ai n in g   d ata  r eq u ir em en in   s im ilar   p u b lic  h ea lth   ap p licatio n s .   I n   ad d itio n ,   au g m en tatio n   tech n iq u es,  win d o s licin g ,   m ag n itu d e   war p in g ,   tim e - s er i es  b o o ts tr ap p in g ,   e x p lo it  d at asets   to   ar tific ially   ex p an d   s m all  tr ain in g   s ets  wi th   r ea lis tic  f o o tp r in t.  An o th er   ap p r o ac h   is   u tili zin g   s p ar s atten tio n   v ar ian ts   lik L o n g f o r m er ,   I n f o r m er .   T h ese  ar ch itectu r al  m o d els  ar s p ec if ically   d esig n ed   to   lim it  th s tan d ar d   atten tio n s   q u ad r atic  co m p u tatio n al  co s o n   s h o r s eq u en ce s .   T h is   m ak es  th em   s u itab le   f o r   s m all - N,   lo n g - lag   p r ed ictio n   p r o b lem s   f o r   d is tr ict - lev el  m alar ia  f o r ec asti n g .   An y   f u tu r s tu d y   ap p ly i n g   a tten tio n - L STM   to   So u th e r n   Af r ican   m alar ia  d ata  s h o u ld   ex p licitly   ev alu ate  th ese  ad a p tatio n   s tr a teg ies.  Als o ,   Vaswan et  a l .   [ 22 ] ,   d esp ite  d e v elo p in g   th e   tr an s f o r m er   m o d el  r ath er   th an   R NN s ,   s h o wed   th at  atten tio n   alo n m ay   b s u p er io r   to   th latter   o n   s p ec if ic  d atasets .     T h tr an s f o r m er   b o o m   h as  n o f o u n d   wid esp r ea d   u s in   d is ea s f o r ec asti n g   s in ce   th s ize  o f   d atasets   u s ed   in   s u ch   f o r ec asti n g   r em ain s   s m all  co m p ar ed   to   th m illi o n s   r eq u ir ed   f o r   tr ain in g   t r an s f o r m er s .   I n   th co n tex o f   d is ea s f o r ec asti n g ,   th s tu d y   co n d u cted   b y   Z h u   et  a l .   [ 23 ]   u s ed   tem p o r al  atten tio n   in   p r ed ictin g   ca s es  o f   d en g u f ev er   in   C h in a.   T h tr a in ed   atten tio n   weig h ts   co r r esp o n d ed   p r ec is ely   with   th d en g u v ir u s   in cu b atio n   tim win d o w,   wh ic h   s h o wed   th at  th m o d el  h a d   in d e p en d e n tly   lear n ed   th is   f ea tu r e   with o u b ein g   ex p licitly   p r o g r a m m ed   to   d o   s o .   Su ch   a   f in d in g   wo u ld   b v er y   r elev a n to   m alar ia  f o r ec asti n g   s in c it  wo u ld   s u g g est   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       A   liter a tu r r ev ie w   o r ec u r r e n t n eu r a l n etw o r a p p r o a ch es  to   ma la r ia   o u tb r ea k     ( S o p h i a   Temb u r e )   385   th at  an   atten tio n - L STM   tr ain ed   o n   Af r ican   m alar ia  d ata   co u ld   b ab le   to   lear n   to   g i v weig h ts   to   t h   f o u r - to - eig h t - wee k   clim ate - ca s lag   id en tifie d   b y   Patz  et  a l .   [ 7 ]   th er e b y   ac h ie v in g   im p r o v ed   ac cu r ac y   an d   a   d eg r ee   o f   e p id em io lo g ical  i n ter p r etab ilit y   t h at  v a n illa  L STM   m o d els  lack .   T h er e   w er two   im p o r tan im p licatio n s   o f   th is   o b s er v at io n .   Firstl y ,   it  p r o v id ed   p r o o f   th at  atten tio n   m o d els  ca n   d etec b io lo g ical   s ig n if ican ce   in   tim s tep s .   Se co n d ly ,   th e r was  an   in ter p r e tab ilit y   f ac to r   in   atten tio n   m o d els  th at  d o es  n o ex is t in   p u r R NN  m o d els.   Atten tio n - au g m e n ted   L STM   ar ch itectu r es  ca n   b e   ap p lie d   to   o th er   e p id em ics  b e y o n d   m alar ia.     Z h u   et  a l [ 23 ]   s h o wed   th at  a n   atten tio n - L STM   m o d el  r esu lted   in   4 - 8 im p r o v em en i n   MA E   f o r   d en g u e   p r ed ictio n   in   Ma lay s ia  as  co m p ar ed   to   v an illa  L STM .   Mo r eo v er ,   th e   atten tio n   weig h ts   o f f er ed   in ter p r etab l e   ev id en ce   as to   wh ich   h is to r ical  clim ate  m o n th s   in f lu en ce d   c u r r en t tr a n s m is s io n   tr an s p ar en cy   p r o p er ty   th at  is   o f   d ir ec v alu to   p u b lic  h ea lt h   d ec is io n - m a k er s .   I n   C OVI D - 1 9   f o r ec asti n g   s tu d y ,   Dair et  a l .   [ 24 ]   p r o p o s ed   s tack ed   atten tio n - L STM   m o d el  d esig n ed   t o   f o r ec ast  d aily   ca s co u n ts   f o r   te n   co u n tr ies.  R esu lts   s h o wed   th is   m o d el  ac h iev e d   m ea n   ab s o l u te  p er ce n tag e r r o r   ( MA PE )   o f   3 . 2 %,  v e r s u s   7 . 8 f o r   SA R I MA .   Fu r th er m o r e,   th au th o r s   d em o n s tr ate  th atten tio n   m ec h an is m   ap p r o p r ia tely   r ev ea led   th 7 - 14 - d ay   in cu b atio n   p er i o d   lag   win d o as th m o s t p r e d ictiv e .       3 . 6 .     M ulti - s o urce   da t a   f us io n a nd   hea lt h - s y s t em   info rm a t ics   T h v ast  m ajo r ity   o f   ML   m alar ia  p r ed ictio n   s tu d ies  th at   u s an   R NN  m eth o d o lo g y   ex clu s iv ely   in clu d clim ate  in f o r m atio n   an d   h is to r ical  ca s r ec o r d s   wh ile  ig n o r in g   o th e r   f ac to r s   th at  in f lu en ce   th co n n ec tio n   b etwe en   d is ea s tr an s m is s io n   an d   in cid en ce ,   s u ch   as  h ea lth   s y s tem   ch ar ac t er is tics .   T h er ar e   s ev er al  ex p lan atio n s   f o r   th is   p r ac tice,   o n e   o f   wh ich   is   p u r ely   tech n ical,   as   h ea lth   f ac ilit y   in f o r m atio n   ten d s   t o   b u n d er - d ig itized   in   m an y   Af r ican   co u n tr ies  an d   n ee d s   t o   b g ath er e d   m an u ally   f r o m   r eg i s tr y   r ec o r d s .   At  th e   s am tim e,   th lack   o f   in f o r m atio n   ab o u h ea lth   f ac ilit ies  cr ea tes  b ias  b ec au s p r ev io u s   r esear ch   f o u n d   clea r   ass o ciatio n   b etwe en   d is tan ce   to   h ea lth ca r ce n tr es  an d   m ed ical  v is its .   Acc o r d in g   to   Gith in ji  et  a l .   [ 25 ] ,     th lik elih o o d   o f   s ee k in g   h ea lth ca r s er v ices  d ec lin es  b y   r o u g h ly   5 %   with   ea c h   ad d itio n al  k ilo m etr e.   Fo r   m alar ia  in   p ar ticu lar ,   th r ep o r ted   in cid en ce   d ep en d s   o n   b o th   ac tu al  tr an s m is s io n   lev els   an d   r ep o r tin g   q u ality .   I n   an   a r ea   with   f ew  h ea lt h   f ac ilit ies,  th er will  b f ewe r   ca s es  r ep o r ted ,   ev en   if   ac tu al  tr a n s m is s io n   r ates  ar eq u iv alen to   th o s in   an   ar ea   with   n u m er o u s   h ea lth   f ac ilit ies.  T h o m is s io n   o f   h ea lth   f ac il ity   in f o r m atio n   in   p r ed ictiv m o d el  wo u ld   m ea n   eq u atin g   r ep o r tin g   q u ality   wit h   r is k   lev els.  Mb u n g e   et  a l .   [ 19 ]   cited   t h is   as  o n e   o f   two   k e y   s h o r tco m in g s   in   th Af r ican   AI   liter atu r o n   m al ar ia.   Asi d f r o m   s tatic  f ac ilit y   in f o r m atio n ,   in teg r atin g   p r ed ic tiv m o d els  with   n atio n al   s u r v eillan ce   s y s tem s   in   r ea tim o p en s   u p   n ew  r ea lm   th at  r em ai n s   lar g ely   u n ex p lo r ed .   DHI S2 ,   th s e co n d   v e r s io n   o f   th d is tr ict  h ea lth   in f o r m atio n   s y s tem ,   is   th g o - to   s y s tem   f o r   m an y   Af r ican   m in is tr ies  o f   h ea lth   an d   co n tain s   h ig h ly   d etailed   wee k ly   ca s n u m b er s .   W h ile  d ir ec ap p licatio n   p r o g r a m m in g   i n ter f ac ( A PI )   in teg r atio n   with   DHI S2   ca n   en a b le  p r ed ictiv m o d ellin g   u s in g   r ea l - tim e   d ata,   s ec u r ity   an d   g o v er n a n ce   co n ce r n s   h a v p r ev en ted   m an y   ex am p les f r o m   b ein g   p u b lis h ed   t o   d ate.   T h is   r ev iew’ s   s y n th esis   h as  c lear   o p e r atio n al  im p licatio n s   f o r   n atio n al   h ea lth   i n f o r m atio n   s y s tem s   b ased   o n   DHI S2 .   DHI S2   cu r r en tly   d ep l o y e d   in   7 3   c o u n tr ies ,   in clu d in g   Z im b ab we,   Z am b i a,   Mo za m b iq u a n d   B o ts wan all  h ig h - b u r d e n   m a lar ia  co u n t r ies  in   So u t h er n   Af r ica.   T h e   r ea l - tim API   ( DHI S2   w eb   API   v 2 . 3 9 )   allo ws  p r o g r am m atic  ex tr ac ti o n   o f   wee k ly   f ac ilit y - lev el  ca s co u n ts   th at  ca n   b u s ed   as  b o th   tr ain in g   tar g ets  an d   h ea lth - in f r astru ctu r c o v ar iates  f o r   atten tio n - L STM   m o d els.  B u r k in Fas o s   in teg r atio n   o f   DHI S2     p r o v e d   th at  th ad o p tio n   o f   th p latf o r m   e n h an ce d   th tim elin ess   o f   m alar ia  d ata  f r o m   6 2 to   8 0 %,    an d   co m p leten ess   f r o m   4 3 to   8 3 %.  T h ese  d ata  q u ality   im p r o v e m en ts   u ltima tely   r eso lv lead in g   is s u e   d eter r in g   d ee p   lear n in g   m o d el  p er f o r m an ce   in   Af r ica  in co m p lete  an d   in c o n s is ten s u r v eillan ce   d ata.     T h s y n th esis   p r esen ted   in   th is   r ev iew,   th er ef o r h as  n o t   ju s th eo r etica p ath way   f o r   in teg r atio n   with   ex is tin g   n atio n al  h ea lth   in f r ast r u ctu r e,   b u t r ath e r   an   o p er atio n al  o n th r o u g h   th DHI S2   ec o s y s tem .     3 . 6 . 1 .   Clo ud   co m pu t ing   a nd   big   da t a   infr a s t ruct ure  f o m a la ria   s urv eilla nce   T h ac tu al  d ep l o y m en o f   R NN - b ased   m alar ia  p r e d ictio n   m o d els  in   Su b - Sah ar a n   Af r ica  i s   n o t   ju s   m o d ellin g   p r o b lem   it   i s   d ata  in f r astru ctu r p r o b lem .   Po p u lar   h ea lth   d ata  p latf o r m   DHI S 2   is   wid ely   u s ed   in   Af r ica,   g en er atin g   ten s   o f   th o u s an d s   o f   wee k ly   ca s r ec o r d s   f r o m   h ea lt h   f ac ilit ies,  wh ile  n ea r   r ea l - tim API   allo ws  f o r   p r o g r am m e   d ata  e x tr ac tio n .   I n g esti n g ,   p r ep r o ce s s in g ,   an d   s to r in g   m u lti - y ea r   an d   m u lti - d is tr ict   clim ate  an d   s u r v eil lan ce   tim s er ies,  at  th s ca le  th at  is   n ee d ed   f o r   d ee p   lear n in g   tr ai n in g ,   is   b i g   d ata   p r o b lem   t h at  r eq u ir es c lo u d .   Mo r r ec e n e x am p les  f r o m   s im ilar   d o m ai n s   s h o w   th at  a   cl o u d - h o s ted   e p id em io lo g ical  f o r ec asti n g   p ip elin is   f ea s ib le.   Dep lo y in g   L STM   m o d els   o n   Am a zo n   web   s er v ices  ( AW S )   r ed u ce d   en d - to - en d   p r ed ictio n   laten cy   b y   6 7 c o m p ar ed   to   o n - p r em is co m p u tatio n   lead in g   to   n ea r   r ea l - ti m o u tb r ea k   aler ts   B an s al  et  a l .   [ 26 ] .   Dis tr ib u ted   f r am ewo r k s   lik Ap ac h Sp a r k   an d   Go o g le  B ig Qu er y   h av also   b ee n   u tili ze d   to   p r ep r o ce s s   m u lti - s o u r ce   cli m ate  d atasets   lik clim ate  h az ar d s   g r o u p   in f r ar ed   p r ec ip itati o n   with   s tatio n   d ata  ( C HI R P S )   r ain f all,   m o d er ate  r eso lu tio n   im ag in g   s p ec tr o r ad io m eter   ( MO DI S )   lan d   s u r f ac tem p er atu r e,   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l Vo l.  7 ,   No .   3 No v em b er   20 26 3 7 7 - 393   386   E R A5   r ea n aly s is   d ata  at   c o n tin en tal  s c ale,   m a k in g   in teg r atio n   in   th cl o u d   n o ju s c o n v en ien t   b u t   r ath er   co m p u tatio n ally   n ec ess ar y   f o r   o p er atio n al  m ala r ia  f o r ec as tin g   s y s tem .   T h im p lem en t atio n   o f   atten tio n - L STM   p ip elin es  in   th clo u d   is   th m o s t   p lau s ib le  r o u te  t o   s ca lab le  o p er atio n   f o r   So u t h er n   Af r ica  wh er e   n atio n al  h ea lth   m i n is tr ies h av lo w -   p er f o r m in g   lo ca l c o m p u t in g   in f r astru ct u r e.   T h k ey   ar ch itectu r al  in n o v atio n   o f   L STM   an d   GR n etwo r k s ,   f r o m   c o m p u ter   s cien tis t’ s   p er s p ec tiv e,   is   n o s o   m u ch   th eir   p r ed ictiv ac cu r ac y   b u th eir   co m p u ta tio n al  s ca lab ilit y .   B o th   o f   o u r   ar ch itectu r es  ca n   b im p lem e n ted   o n   s tan d ar d   g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n it  ( GPU ) - ac ce ler ated   h ar d war e,   a n d   h av n ativ s u p p o r in   T en s o r Flo an d   Py T o r ch   f r am ewo r k s ,   en ab lin g   tr ain in g   o n   m u lti - y ea r ,   m u lti - d is tr ict  s u r v eillan ce   d at asets   an d   wit h in   p r ac tical  tim b u d g ets.  T o   en s u r th at  L STM   m o d els  ca n   b d ep lo y e d   in   r eso u r ce - co n s tr ain ed   Af r ican   h ea lth   s y s tem s ,   we  lev er ag m o d el  co m p r ess io n   tech n i q u es  ( p r u n i n g   an d   q u an tizatio n ) .   W f in d   th at   th ese  tech n iq u es  ca n   r e d u ce   m o d el  s izes  b y   alm o s 9 0 %   with o u a   s ig n if ican l o s s   o f   ac cu r ac y .   T h is   m ea n s   th at  d ep lo y m e n ts   ca n   b m a d at  th lev el  o f   d is tr ict  h ea lth   o f f ices,  eith er   o n   th e   clo u d   o r   ev en   o n   ed g d ev ic es.  Dee p   lear n i n g   m eth o d s   c an   s ca le,   u n lik o th er   co m p u tatio n ally   in ten s iv en s em b le  m eth o d s ,   w h ich   n ee d   lar g am o u n o f   m e m o r y   d u r in g   e v er y   i n f er en ce   ca ll.   T h h is to r ical  ev o lu tio n   o f   th e   v ar io u s   m eth o d o l o g ies o n   ef f o r ts   to   p r ed ict  m alar ia  o u tb r ea k   f r o m   th e   y ea r   1 9 9 8   to   2 0 2 5   is   s h o w n   in   F ig u r e   3 .   T h im p o r tan s tag es  th at  h av b ee n   p ass ed   t o   attain   p r ed ictiv e   s o p h is ticatio n   ar th clim ate   en v elo p e   m o d els  an d   th e n   t h SAR I MA   b ased   s tatis tica l   s y s tem s   an d   th en   m o s tly   th ML   b aselin es.  T h en   th e   L STM   an d   T r an s f o r m er   m o d els  an d   m o s r ec e n tly   th e   atten tio n - au g m en ted   m u lti - s o u r ce   f u s io n   p r o p o s ed   b y   th is   MT ec h   p r o ject.           Fig u r 3.   Me th o d o lo g ical  ev o l u tio n   tim elin e       4.   CO M P ARA T I V E   ANA L YS I S O F   RE V I E WE S T UD I E S   T ab le  2   s u m m ar is es  20   r ep r e s en tativ s tu d ies  alo n g   f iv d im en s io n s m eth o d o lo g y ,   g e o g r ap h ical   s ettin g ,   d ata  s o u r ce s ,   k ey   f i n d in g s ,   a n d   s tated   lim itatio n s .   T h m atr ix   s u p p o r ts   r ap i d   co m p ar is o n   a n d   id en tifie s   wh ich   s tu d y   attr ib u tes r ec u r   m o s t o f te n   an d   wh ich   ar co n s p icu o u s ly   ab s en t.     4 . 1 .     Co m pa ra t iv a na ly s is   o f   re v iewe d studies   T ab le  2   s u m m ar izes  twen ty   r ep r esen tativ s tu d ies  ac r o s s   t h f o llo win g   d im en s io n s   m eth o d o lo g y ,   g eo g r a p h ical  s ettin g ,   d ata   s o u r ce s ,   k ey   f in d in g s   a n d   lim itatio n s   s tated .   T h is   m atr ix   is   in te n d ed   to   f ac ilit ate  an   ef f icien s tr u ctu r ed   co m p a r is o n it  d o es  n o r eh ash   th e   th em atic  r ev iew  in   s ec tio n   3 ,   r ath e r   it  is   an   an aly tical   cr o s s - s ec tio n   th at  illu s tr ates  wh er p r ev ale n ce   an d   ab s en c ex is in   m eth o d o lo g ical  ch a r ac ter is tic  ac r o s s   th liter atu r e.   On ca n   n o tice  m u ltip le  p atter n s   f r o m   in s p ec tio n   o f   T a b le  2 .   On ca n   o b s er v d ef i n itiv an d   s tead y   tem p o r al  ev o lu tio n   in   m eth o d o l o g y :   Stu d ies  th at  we r p u b lis h ed   b ef o r e   2 0 1 5 ,   p r e d o m in an tly   em p l o y   s tatis t ical  ap p r o ac h es  ( SAR I MA ,   GL M,   an d   clim ate  en v elo p m o d els)  wh er ea s   s tu d ies  th at  wer p u b lis h ed   f r o m   2 0 1 8 .   T h s h if s ee n   h er is   ak in   to   th wid er   m atu r at io n   o f   d ee p   lear n i n g   in   ap p lied   s ettin g s ,   an d   it  is   co n s is ten with   Z in s ze r   et  a l .   [ 12 ]   f i n d in g   th at  o p e r atio n al   m alar ia  ea r ly   war n in g   s y s tem s   wer d e v elo p ed   alm o s ex clu s iv ely   o n   SAR I MA   f r am ewo r k s   as  r ec en tly   as  2 0 1 2 .   T h e   im p licatio n   f o r   p r a ctitio n er s   is   th at  th e   f ield   h as a d v a n ce d   at  q u ick e r   p ac th an   th o p er atio n al  h ea lth   s y s tem s   th at  it is   aim ed   at  b en ef itti n g   f r o m .   Nex t,  atten tio n   m ec h a n is m s ,   wh ich   ar u b iq u ito u s   in   N L an d   f in an cial  tim e - s er ies   p r ed ictio n ,   f ea tu r in   o n ly   o n e   d is ea s e - f o r ec asti n g   s tu d y   in   t h m atr i x ,   an d   th at   ap p licatio n   was  d e n g u in   E ast  Asi a,   n o t   m alar ia  in   A f r ica.   T h er e   i s   an   im p o r tan t   m eth o d o lo g ical   asy m m etr y   h er e:  t h m et h o d   th at  h as  m o s im p r o v e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.