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传染病的五个基本模型
3 `9 @7 M* Q( ~通常我们的传染病模型分为五种:8 e4 Q6 U4 B+ w; i
一、I模型
6 p7 ^: }1 @+ h. \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。
$ y& W! f3 y* {+ i8 Q& V' Q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。/ P* ?: {- D) M9 z) {' s7 O
3 l& j3 k) X) Z+ z7 b二、SI模型
8 n+ ~# M; O" R' a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。
: O1 H2 {& u% l) C7 S5 K+ B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。& S! w3 t; Q) u; w8 C
& o! V7 m. w& x# _8 \* P& o三、SIS模型6 a, j/ M$ p* Q; _8 [! E0 z
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。* ^: j- Z6 E [# Q0 k( H; j2 g
SIS模型针对的是治愈的患者对该病没有免疫力的情况。5 V/ S" I7 {; W- G8 z. Y
% l( a/ V4 m' w2 H四、SIR模型: \" U& c. S5 J% p
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。
0 ~, B0 r/ u; F6 ]5 I: V7 w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 I+ C% o0 \2 j( ]8 ?" a: t% s
/ g$ ^+ p" }! s* H- P& T8 U, ~
五、SIRE模型5 `( y4 `1 j2 D4 Z" O, A, ~
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。
" r' P; ~) ~; c, K5 Z' s) S ' V+ H* L; O2 j& q e
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。
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