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Python小白的数学建模课-B3. 新冠疫情 SIS模型

传染病的数学模型是数学建模中的典型问题,常见的传染病模型有 SI、SIR、SIRS、SEIR 模型。

SIS 模型型将人群分为 S 类和 I 类,考虑患病者可以治愈而变成易感者,但不考虑免疫期。

本文详细给出了 SIS 模型的建模、例程、运行结果和模型分析,让小白都能懂。

『Python小白的数学建模课 @ Youcans』 带你从数模小白成为国赛达人。

Python小白的数学建模课-09.微分方程模型
Python小白的数学建模课-B2.新冠疫情 SI模型
Python小白的数学建模课-B3.新冠疫情 SIS模型
Python小白的数学建模课-B4.新冠疫情 SIR模型
Python小白的数学建模课-B5.新冠疫情 SEIR模型
Python小白的数学建模课-B6.改进 SEIR疫情模型

1. 疫情传播 SIS 模型

传染病动力学是对传染病进行定量研究的重要方法。它依据种群繁衍迁移的特性、传染病在种群内产生及传播的机制、医疗与防控条件等外部因素,建立可以描述传染病动力学行为的数学模型,通过对模型进行定性、定量分析和数值计算,模拟传染病的传播过程,预测传染病的发展趋势,研究防控策略的作用。

1.1 SI 模型

SI 模型把人群分为易感者(S类)和患病者(I类)两类,易感者(S类)与患病者(I类)有效接触即被感染,变为患病者,无潜伏期、无治愈情况、无免疫力。

SI 模型适用于只有易感者和患病者两类人群,且无法治愈的疾病。

按照 SI 模型,最终所有人都会被传染而变成病人,这是因为模型中没有考虑病人可以治愈。因此只能是健康人患病,而患病者不能恢复健康(甚至也不会死亡,而是不断传播疫情),所以终将全部被传染。

1.2 SIS 模型

SIS 模型将人群分为 S 类和 I 类,考虑患病者(I 类)可以治愈而变成易感者(S 类),但不考虑免疫期,因此患病者(I 类)治愈变成易感者以后还可以被感染而变成患病者。

SIS 模型适用于只有易感者和患病者两类人群,可以治愈,但会反复发作的疾病,例如脑炎、细菌性痢疾等治愈后也不具有免疫力的传染病。

SIS 模型假设:

  • 考察地区的总人数 N 不变,即不考虑生死或人口流动;
  • 人群分为易感者(S类)和患病者(I类)两类;
  • 易感者(S类)与患病者(I类)有效接触即被感染,变为患病者;患病者(I类)可被治愈而变为易感者,无潜伏期、无免疫力;
  • 每个患病者每天有效接触的易感者的平均人数(日接触数)是 \\(\\lambda\\),称为日接触率;
  • 每天被治愈的患病者人数占患病者总数的比例为 \\(\\mu\\) ,即日治愈率;
  • 将第 t 天时 S类、I 类人群的占比记为 \\(s(t)\\)\\(i(t)\\),数量为 \\(S(t)\\)\\(I(t)\\);初始日期 \\(t=0\\) 时, S类、I 类人群占比的初值为 \\(s_0\\)\\(i_0\\)
  • 需要说明的是,不考虑生死或人口流动,通常是由于考虑一个封闭环境而且假定疫情随时间的变化比生死、迁移随时间的变化显著得多, 因此后者可以忽略不计。

    SIS 模型的微分方程:

    \\[\\begin{align*}
    N\\frac{di}{dt} = N \\lambda s i - N \\mu i
    \\end{align*}
    \\]

    来源:https://www.cnblogs.com/youcans/p/14968504.html
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