浅夏110 发表于 2020-5-30 09:36

数学建模----SARS的传播

本题要建立传染病模型。上网一查,最经典的传染病模型是SIR模型,出自1760年伯努利家族的丹尼尔.伯努利对天花传播规律的研究。

本题主要使用微分方程进行建模。

(一)梳理题目

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(二)Highlights which makes this paper stands out
(1)对早期模型拟合曲线的残差分析
拟合模型一定要用残差分析绘制残差图来分析拟合效果。比只是看图说话好。

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e i是第i天的计算值和实际值的残差
e∗i e_i^*e i∗是减去期望E(ei)=0 E(e_i)=0E(e i)=0,再除以残差的标准差得到的标准化残差
标准化残差服从标准正态分布
美中不足的是!!!
没有解释为什么用这个式子作为残差的标准差的估计值。。。一般情况下,样本标准差的无偏估计应该是:




如读者朋友知道原因,请评论告知,非常感谢

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论文绘制的残差图表明早期模型只有前期拟合效果较好,中后期都与实际情况偏离较大。

(2)模型假设和符号定义
这个假设写得简直太数学太专业了,为后面用微分方程建模埋下了十足的伏笔啊。

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这6个关键变量的找出,是不容易的。

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(2)基于SIR模型建立新模型
基于一个经典模型,成功率较高,又有更多可参考的资料。
SIR简单地把一个城市的人口分为三类,三类的状态转移图精准地刻画了传染病的传播过程。

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利用微分方程组建立数学模型,这也是对上图的数学描述:



,因为S类(易感类,能被感染的人群)随疫情发展减少。
其它数学公式论文中很清晰

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(3)求解模型
求解可以说是很考验数学功底了。深入挖掘模型中方程的关系和隐含信息。




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然后根据实际数据就得到了σ 必须小于1的结论:

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(4)用导数为0划分疫情发展的四个阶段

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(5)根据实际设计三个关键函数
这才是体现智商和拉开区分度的重要赛点!!!前面那些都是小亮点,这个是闪瞎眼睛的关键。
论文也说了,疫情的发展要分阶段研究,各个参数在不同阶段的取值和变化规律(函数)是不同的,所以用分段函数来描述是符合实际的。

平均传染期函数:

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就诊率函数:

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平均接触率函数:

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模型预测效果图:

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