Contagion Diffusion with EpiSimdemics

Virginia Bioinformatics Institute and Department of Computer Science, Virginia TechEric J. Bohm and Abhishek GuptaDepartment of Computer Science, University of Illinois at Urbana-Champaign10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 10.2 Problem Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21510.2.1 Formalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 10.2.2 Application to Computational Epidemiology . . . . . . . . . . . 21710.3 EpiSimdemics Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 10.3.1 The Disease Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 10.3.2 Modeling Behavior of Individual Agents . . . . . . . . . . . . . . . . 220 10.3.3 Intervention and Behavior Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 10.3.4 Social Network Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22310.4 EpiSimdemics Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.5 Charm++ Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22710.5.1 Designing the Chares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 10.5.2 The EpiSimdemics Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 10.5.3 Charm++ Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23210.6 Performance of EpiSimdemics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 10.6.1 Experimental Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 10.6.2 Performance Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 10.6.3 Effects of Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 10.6.4 Effects of Strong Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 10.6.5 Effects of Weak Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 10.6.6 Effect of Load Balancing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23710.7 Representative Study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . .