传染病传播模型综述

建立传染病传播模型是理解传染病流行机理, 预测流行趋势, 进行防控决策的基础. 将传染病传播模型分为单一群体模型, 复合群体模型和微观个体模型三类. 单一群体模型从宏观角度刻画了集计量的变化, 以经典的\,SIR\,为基础, 在仓室设置、 年龄结构、 随机性、 异质性等方面进行了扩展. 复合群体模型将人群划分为多个子群体, 子群体之间因人口流动而耦合, 适合研究具有空间异质性的跨地区传播问题. 微观个体模型的出发点是个体状态和行为, 所有个体形成接触网络. 这类模型有理想网络和现实网络两个研究方向, 理想网络关注接触网络特性对传染病传播动力学的影响, 现实网络致力于揭示社会接触的实际特征, 构建足够真实的模拟网络, 研究传染病的传播. 这三类模型各有特点, 分别具有各自的适用领域, 应根据研究目的和问题特点选择合适的建模方法.     

建筑楼空间下突发传染病建模仿真研究

为研究建筑楼空间下的突发传染病传播过程,提出了建筑楼空间下突发传染病的多阶段超网络传播模型,从多阶段传播、多属性层子网构建、改进的仓室模型嵌套等方面对该模型进行设定,并对不同情境下传染病的传播动力学进行仿真分析.结果表明,建筑楼空间下突发传染病传播过程受建筑楼空间人群聚集程度、年龄结构及外界疫情严重程度的影响,感染者传染率和临床感染比率对传染病的传播峰值有较大影响,且早期舆情干预的及时性是提高政策干预有效性的重要决定因素.     

小世界网络V.S.均匀混合网络中的SIRS型传染病模型

在现实复杂情形下(包含非线性传染率、有隔离措施、群外个体迁入、生育与死亡以及疾病可水平和垂直传播等),比较研究小世界网络中的SIRS型传染病模型与均匀混合SIRS型传染病模型的疾病动态传播行为,以及相同疾病控制策略在两种传染病模型上的效果。数值仿真研究发现:1)动态行为特征仅与模型参数有关的均匀混合SIRS型传染病模型不能准确刻画小世界网络中的传染病传播行为。2)源于均匀混合SIRS型传染病模型的控制策略(如强化隔离染病个体、限制易感群体迁入、提高染病个体死亡率以及控制疾病垂直传播等)适用于控制小世界网络中的传染病,但效果有显著差异。3)小世界网络中的SIRS型传染病的控制策略中,存在一个最佳的染病个体死亡率阈值。     

多疫区多周期应急物资协同优化调度

针对突发公共卫生事件应急管理体系中应急物资需求的不确定性和连续性以及应急救援是一个同时在多疫区间展开的多周期救援过程这一实际, 提出了多疫区多周期应急物资协同优化调度方案.首先在分析传染病扩散规律的基础上, 结合传染病潜伏期的不确定性所引起的应急救援的时滞性, 采用纵向配送和横向转运相结合的协同配送模式, 构建了一类应急物流网络优化多目标随机规划模型; 其次采用遗传算法给出了该优化模型的求解算法; 最后通过仿真算例验证了模型及算法的有效性和可行性.     

Numerical Simulation of the COVID-19 Herd Immunity Based on Complex Network Modeling北大核心CSCD

鉴于构建流行病动力学模型、探索流行病传播规律对疫情防控具有十分重要的理论意义和实际应用价值,在已有的均匀混合模型基础上,针对个体接触关系异质化越发明显,且每个个体都处在不同的接触关系中,建立了兼顾个体状态与接触追踪的动态小世界网络模型。模拟了新冠病毒在社会中的传播过程。通过对比仿真结果,说明了所建模型的合理性。在此基础上,仿真计算了网络拓扑结构与接种免疫人数占比共同作用下对新冠病毒传播的影响,分析得到群体免疫临界值。说明所建传播模型合理,接种疫苗实现群体免疫可行。     

基于演化博弈的重大突发公共卫生事件情景预测模型与防控措施

运用演化博弈理论建立了重大突发公共卫生事件的疫情传播方程, 将政府部门和社会公众的策略互动和行为演化分析融入到传染病自然传播的SI模型. 根据卫生部公布甲型H1N1流感疫情每日新增确诊病例数, 在三种演化情景下(即疫情大规模扩散、疫情迅速得到控制、当前的政府积极防控策略), 对疫情传播初期阶段进行了Logistic方程拟合和疫情传播峰值点的预测分析. 最后, 提出了重大疫情初期阶段"谨慎性"防控原则、随着疫情进展及时调整防控策略的"灵活性"原则、选择调整时机的主要考虑因素. 根据疫情传播方程, 讨论了政府调整甲型H1N1疫情控策略对疫情传播的影响.     

数据驱动的疫情应急物流网络动态调整优化

突发疫情具有扩散边界模糊、情景动态时变等典型非结构化特征,相应的应急物流网络需要根据实际情况不断进行调整,才可以取得更好的救援效果.基于此,本文从数据驱动的视角,构建了一类创新的应急物流网络动态调整优化决策框架模型.其中,应急响应时间被划分为多个连续的决策周期,每个决策周期中蕴含了疫情扩散分析、应急物流网络设计、数据收集处理和参数调整更新等循环递进的4个环节.在该决策框架下,整个疫情的应急响应过程转化为数据学习与资源优化配置交互演进的协同决策过程.算例分析表明,本文所设计的决策框架模型能够为疫情应急管理提供许多实时有效的政策调整建议,也可为其它突发事件的应急应对提供有益的决策参考.     

基于新冠病毒特征及防控措施的传播动力学模型

本文针对现有传染病传播动力学模型的不足,结合新冠病毒(2019-nCoV)特征及防控措施,建立一种新的包含"易感、未隔离潜伏期、已隔离潜伏期、确诊感染、无症状感染、确诊后治愈、无症状感染后治愈、因病死亡"等8个仓室的传染病模型.在模型中考虑状态转移参数的饱和特性,以模拟大量隔离患者对隔离点运行造成的压力、大量确诊患者给医院运行带来的压力.在参数配置方面,考虑状态转移参数在疫情不同发展阶段的时变特性,建立参数辨识模型并利用马尔可夫链蒙特卡罗算法进行求解.此外,从传播规模、传播峰值和传播峰值时间三个维度建立疫情传播风险指标,全面评估疫情传播风险.武汉和国外(美国、西班牙)疫情的案例分析表明,本模型相较于其他经典模型,能够准确拟合新冠肺炎(COVID-19)的传播趋势,揭示疫情传播机理.     

闪烁小世界网络上疾病传播的动态行为研究

将经典的SI(Susceptible-Infected)模型集成到闪烁小世界网络中,分析疾病传播的动态行为。大量的数值仿真表明,长程连接的动态切换能够显著加快感染传播的动态过程,并且切换频率越高,疾病传播也越快。研究结果对于深入理解传染病的传播规律,预防和控制流行病早期在真实复杂网络中的传播具有重要的现实意义。     

基于决策网络计划的工程项目物流方案随机优化

为解决工程项目物流方案优化中因不同方案的风险差异给决策工作带来的困难,在决策网络计划方法的基础上,提出了能够同时表达多个离散随机样本空间的决策单元结构;并将随机规划方法引入模型的优化中,建立了综合考虑成本和风险的上界极小模型及求解算法.文中以某建设项目物流方案的优化对模型的有效性与实用性进行了验证.结果表明,该模型能够有效解决风险存在差异时工程项目物流方案的优选问题,因而具有较高的理论意义与实用价值.     

复杂环境下的无人机任务决策模型

为实现不确定环境下无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)自主动态任务决策,提出一种基于变结构离散动态贝叶斯网络(structure-varied discrete dynamic Bayesian network, SVDDBN)的任务决策模型。该模型由威胁等级评估、目标价值评估和态势优势评估三部分组成,在此基础上可完成突变过程建模。根据以上三部分的评估结果,运用变结构离散动态贝叶斯网络推理算法得到当前时刻的任务决策。仿真结果表明,给出的决策模型满足突发威胁下的任务决策需求。     

COVID-19病毒防控多智能体仿真模型

新型冠状病毒(COVID-19)的防控是当前维护世界公共卫生安全的重点工作,据此提出运用多智能体建模仿真技术构建COVID-19病毒防控模型,以模拟在不同防控措施下的疫情动态发展趋势。以太原市为例,依据已发现的COVID-19病毒传播规律,制定各类居民智能体之间的交互传染与状态转换规则,实现了COVID-19病毒传播的防控决策仿真模型,在政府和医院的不同政策措施下进行了多情景仿真实验。实验结果表明多智能体建模方法可有效分析新型冠状病毒传播趋势,为城市疫情防控提供决策支持。     

基于时变需求的供应链网络动态均衡模型

在时变需求下, 供应链网络静态均衡模型不能描述上下游成员的订单、库存以及采购价格随时间的变化的传播过程. 通过在静态均衡模型中引入了时间变量, 本文构建了供应链网络动态均衡模型, 以描述供应链网络各成员订单、库存和价格的时变特征. 基于历史的订单、采购销售价格等信息, 给出了供应链成员考虑订单提前期和库存成本的订单生成策略的数学描述. 建立了供应链网络动态竞争均衡变分不等式模型, 利用变分不等式方法给出了等价的动态均衡条件, 并设计了求解模型的有效算法. 算例研究表明: 文中建立的动态模型不仅能嵌入不同的订单生成策略, 还能分析包括牛鞭效应在内的多种供应链网络问题. 本文所提出的模型为探究供应链网络时空演化行为提供了有力的工具.     

在线社交网络谣言传播的仿真研究——基于聚类系数可变的无标度网络环境

在经典SIR传染病模型的基础上,根据在线社交网络中谣言传播的特点,将网络谣言的受众用户扩展为无知者、知晓者、信任者、传播者、暂时免疫者和永久免疫者6类。同时考虑到用户会因为不断接触某一相同的谣言而导致对该谣言的信任水平增加的现实情况,引入社会加强正向效应,提出了一个改进的在线社交网络谣言传播模型,并结合复杂网络的相关理论建立了一个考虑聚类系数可变的无标度网络环境进行仿真研究。仿真发现,谣言的传播能力与影响范围会随着社会加强正向效应、用户首次接触并相信谣言的概率、孤立节点密度以及初始传播节点的度的增大而增大,但会随着网络聚类系数的增加而得到抑制。本文提出的谣言传播模型比较符合真实在线社交网络的谣言传播特性,可以为实践中网络谣言的管控提供一定理论参考。     

三部图网络上的媒介传染病动力学

很多媒介传染病在人类、媒介和动物3个种群中传播,针对这类传染病提出三部图网络。通过数学分析,发现三部图网络上模型的基本再生数不仅与二阶矩和平均度的比值有关还与平均度有关,这与二部图网络上的结论有本质区别。通过数值模拟,还发现:三部图网络比二部图网络更有利于疾病的传播;在同样的接触模式下,4个交叉传染率对基本再生数有同样的影响;传染病在三个子网络上同时存在或同时消亡。     

社会网络分析及其在舆情和疫情防控中的应用

研究社会网络的结构与演化特性对于评估与控制传染病爆发这类突发事件,以及监测预防伴随突发事件而生的谣言和恐慌情绪的蔓延,都有重要意义.对这一领域的研究前沿进展进行了较为全面的综述,并对该领域中若干值得研究者注意的新的研究方向,特别是涉及突发事件管理的方面,进行了论述.这些方向包括:人类空间移动模式和行为时间特性的影响;具有地理效应和区别接触频率的含权社会接触网络和其上传染病传播的规律;考虑人群面对突发事件时的心理压力的更符合实际舆情传播的动力学模型等.     

动态联盟中多方案伙伴挑选问题的软计算算法

描述了虚拟企业动态联盟中，含有多个子项目的活动网络伙伴问题，以满足伙伴方案满意度下的最小化竞标花费与拖期惩罚之和为目标，并为之建立0－1整数规划模型，同时进行了方案有效性过滤，减小了解空间，量化了模糊决策，设计了嵌入模糊决策规则的遗传算法（软计算方法），使得算法具有比普通遗传算法更好好的寻优能力，在大规模问题求解上，该算法具有比分枝定界法更快的速度，结果表明了模型和算法的有效性和应用潜力。     

宁夏银北灌区水资源优化配置模型及应用

以宁夏银北灌区为例,基于大系统分解协调原理建立了地表水地下水联合运用的递阶优化模型.子系统优化模型采用增量动态规划法求解,协调层利用目标协调法和关联预估法实现全局最优,获得不同约束方案下的时段最优引黄水量、井灌水量、井排水量和运行费用.所建模型及求解方法弥补了以往水资源配置模型只考虑地下水垂向运动,忽略水平运动的不足, 改善了模型的仿真性和决策的可靠性.     

电子商务中面向产品线的动态定价方法研究

研究电子商务零售中产品线动态定价决策的优化问题.决策的实时性需求和计算复杂性是该问题的难点.对此,首先提出市场需求状态模型和需求状态的估算方法,在此基础上,进一步提出产品线动态定价的优化模型,最后,提出一种基于自组织神经网络的Q学习算法来求解产品线动态定价的优化问题.模拟实验结果表明,用该算法求解产品线动态定价问题具有较高的效率和效用.     

运力受限的应急物资动态调度模型及算法

针对大规模突发事件下应急物资动态调度问题, 把灾民的损失用物资未满足度的形式进行量化, 构建以最小化灾民损失和车辆调度费用为目标的混合整数规划模型, 以对运力受限情况下的救 援车辆路径选择和应急物资分配进行综合决策. 利用分层求解策略缩小问题的求解空间, 改进 基于客户点的编码方式, 设计了针对此问题的遗传算法. 代入实验数据得出了物资集散地不同 运力下的应急物资动态调度方案, 进而确定了最优运力配置量, 与现实情况下的配送方案比较 表明此模型和算法是有效的.