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复杂网络上复发型传染病传播的控制问题研究

2020-12-10阅读(274)

复杂网络上复发型传染病传播的控制问题研究

论文摘要

随着复杂系统与复杂性科学的研究受到越来越多的关注,复杂网络被广泛应用于复杂系统的描述中,如通信、电力、生物、社会和经济系统等。近年来,国内外在复杂网络中的研究取得了巨大的进展,包括对真实网络结构和演化行为的实证研究、复杂网络建模、复杂网络上的动力学性质问题、有关复杂网络的分析方法与应用研究等。目前,已经证实诸如人际关系网、在线社交网络等真实的社会网络具有复杂网络的特点,因此,研究发生在复杂网络上的疾病和信息传播行为具有重要的现实意义,我们的工作将基于复杂网络上的疾病传播控制问题展开。传染病在人群中的传播对人类造成严重的影响,对传染病的研究始终是一个热点课题。传染源、传播途径、易感人群是传染病传播的基本条件,早期的有效控制疾病传播的方法是隔离传染源。随着医疗卫生的进步,通过对个体进行接种免疫已被证明是非常有效的方法,并且接种疫苗的个体越多,疫情被控制得越好。人类接触网络属于一种复杂网络,其结构非常复杂并对传播过程有明显的影响,因此在制定免疫策略的时候必然要考虑网络的结构因素。在这方面科学家们已经提出了很多免疫策略,这些策略绝大部分都是针对个体接受一次免疫后即可获得终身免疫的疾病。然而,有些传染病比如流感的病毒每年都可能发生变异,因此个体每年在流感爆发之前都要接种新的疫苗才能保证自己不受病毒侵害。最近,科学家提出了一个描述复杂网络上流行性感冒传播的模型,该模型能够很好地刻画流感这种会反复爆发的传染病的传播过程。我们的工作就以该模型为基础,对这种反复爆发的传染病的控制方法进行研究,设计了动态免疫策略来控制传染病的爆发,并分析出免疫概率的异质性分布具有重要作用,进而设计出了更简洁的控制方法。工作的具体内容如下:（1）基于实证数据与数值模拟,在UCM无标度网络模型与考虑环境因素及病毒传染率变化的SIRS传播模型的基础上考察了影响流感爆发的主要因素,得出传染病爆发的风险指标,并基于该风险指标设计动态免疫策略,探讨了动态免疫策略与恒定免疫策略对传染病免疫效果的影响。研究结果表明,基于传染病风险指标的动态免疫策略其控制效果明显优于其他方式的免疫效果,动态免疫策略可以有效降低最大和平均染病密度,同时增大传染病爆发时间间隔和个体患病周期。（2）研究了动态免疫概率的异质性分布对传染病爆发的影响,并提出改进的动态免疫策略。研究结果发现:动态免疫策略中大的免疫概率能够有效地抑制高风险情况下的传染病的爆发;小的免疫概率能够使得低风险情况下的一年内的平均染病密度不那么小,从而使得下一年的传染病风险指标不那么大,使得传染病不容易爆发。改进的动态免疫策略使得疫苗接种策略易于实施,并且能够比较有效地抑制传染病的爆发。（3）基于简单的二元免疫概率,考察了二元免疫概率差异的大小以及传染病爆发的风险指标阈值对免疫效果的影响。研究结果发现:在相同的免疫代价下,传染病风险指标阈值较小时,二元免疫概率的差异越大免疫效果越好;阈值较大时,二元免疫概率存在一组最优值使得免疫效果最好;在相同的免疫代价下并且小的免疫概率(pmin=0.0)保持不变时,存在一个最优的传染病风险指标阈值,使得对传染病的控制效果最好;在特定参数条件下,二元免疫概率策略的免疫效果接近动态免疫策略,并明显优于恒定免疫概率策略。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 复杂网络的基本属性
  •     1.2.1 网络的定义
  •     1.2.2 度、平均度和度分布
  •     1.2.3 网络平均路径长度
  •     1.2.4 聚类系数
  •   1.3 常用的网络模型
  •     1.3.1 规则网络
  •     1.3.2 随机网络
  •     1.3.3 小世界网络
  •     1.3.4 无标度网络
  •   1.4 经典的疾病传播模型
  •     1.4.1 SI传播模型
  •     1.4.2 SIS传播模型
  •     1.4.3 SIR传播模型
  •     1.4.4 SIRS传播模型
  •   1.5 复杂网络上的传染病研究
  •   1.6 本文研究内容
  • 第二章 控制流感爆发的动态免疫策略
  •   2.1 引言
  •   2.2 模型介绍
  •   2.3 提出传染病爆发的风险指标
  •   2.4 动态免疫策略
  •   2.5 动态免疫对流感爆发的影响
  •   2.6 小结
  • 第三章 免疫概率分布的异质性对控制传染病爆发的作用
  •   3.1 引言
  •   3.2 最大（平均）染病密度与动态免疫概率分布宽度的关系
  •   3.3 免疫概率异质性分布的作用
  •   3.4 改进的免疫策略
  •   3.5 小结
  • 第四章 二元免疫概率和风险指标阈值对免疫效果的影响
  •   4.1 引言
  •   4.2 二元免疫概率的取值对免疫效果的影响
  •   4.3 传染病风险指标阈值对免疫效果的影响
  •   4.4 三种免疫策略的简单比较
  •   4.5 小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间科研成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 陈丹丹

    导师: 赵明

    关键词: 复杂网络,复发型传染病,控制,风险指标,动态免疫

    来源: 广西师范大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,医药卫生科技

    专业: 数学,预防医学与卫生学

    单位: 广西师范大学

    基金: 广西科技厅项目(项目编号:2015GXNSFGA139009),广西研究生教育创新计划项目(项目编号:YCSW2018089)

    分类号: O157.5;R181

    总页数: 49

    文件大小: 3048K

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