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传染病的五个基本模型
9 ]7 i& I; @2 E1 o3 T( ~通常我们的传染病模型分为五种:) l: S7 K7 }+ H* s) S" ]" k' `
一、I模型* f1 j* V1 R) @ w
这个模型里只有病人,其中病人每天接触的人数为一个常数。这样解出来病人的变化规律。
; {5 ?! I% n- ^+ c b4 H. p# ~3 P但是这样解出来病人的增长呈指数形式。如果每天接触超过一个人,那么病人将会实现指数爆炸增长,趋向于无穷大。当病人每天接触不到一个人,那么这个传染病就会趋向于绝灭。这显然不符合实际情况。' R2 P! m3 d# s' J+ F
, m' p" `' r7 L& l4 x二、SI模型
! q0 n& x! i- z# U5 Y所以,针对I模型的缺点,我们引入了SI模型。SI模型分为病人和健康人,病人每天接触的人数占比为一个常数。这样解出来的微分方程可以得出病人和健康人的动态。呈S型曲线上升。1 P1 b4 Q6 d- e7 w/ ?
但是这个模型解出来的结果显示:当时间足够长的时候,几乎所有的人都会患病,也就是I的比例趋向于1,这也是不符合实际情况的。
' C- R7 Z! U7 y+ E) a- m' p/ t: h* d/ P( r7 ^ R5 L6 K
三、SIS模型4 u1 S4 } l# @2 H; x
针对上述模型的缺点,我们引入SIS模型,将人群分为健康人和病人。病人可以感染健康人,病人也可以被治好,但是健康人仍然可以患病。病人每天接触的人数比例和治愈的比例均为常数。3 |8 N% W6 M; K5 O
SIS模型针对的是治愈的患者对该病没有免疫力的情况。, {1 k1 B& L; x% S* z% S
3 @/ y9 M3 j. H: E四、SIR模型
: z; l' T C p4 }) d有些病治愈之后,人体的免疫力比较强,不会再患病,或者疾病的致死率较高,死亡的人不会再去感染健康人。所以我们把治愈的人和死亡的人称为“移除者”,用R表示。9 H1 I( C3 F" h; T+ v
这个微分方程组没有解析解,解不出表达式,但是我们可以用差分近似代替导数,得出方程的数值解。4 \5 r# [2 R v, [: }% x$ ^7 }# [( e0 l
2 T* j1 n6 ^8 K/ I# {$ ~
五、SIRE模型
5 i4 M+ `5 G% B9 p/ V; k上面四个模型共同的缺点就是:只有患者发病了才会传染,而最后这个模型的特点是加入了潜伏者这一群体。潜伏者和病人一样也会传染,但是没有发病。这个模型就比较复杂了。8 ~0 G6 }7 P, Z$ H! o3 G
' ?. _: x# E. B) e5 |7 u( O
总结:针对当前的新冠肺炎疫情,用SIRE模型建模是比较合适的。& R& Y2 y& h8 g5 [# l, `! O
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