SEIDR模型构建及相关典型动物疾病传播特性分析

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动物传染病尤其是人畜共患传染病给社会公共安全带来的危害越来越严重,不仅对我国甚至世界的经济和生态造成破坏,而且更重要的是对人类的生存造成巨大的威胁。因此,传染病的流行病学研究也就变得十分必要。在实际操作中,现有动物疾病的防控主要借鉴一些经验模式如全局疫苗或宰杀等,具有成本大、周期长的缺陷。所以,为了提高实际操作效率和降低控制成本,还应该从理论上对动物疾病传播机理进行深入研究,进而为制定控制措施提供理论依据。目前,关于疾病传播动力学研究主要包括基于微分方程的传统传染病传播模型和基于复杂网络的传染病传播动力学模型两个方面。这两种模型都存在自身的优势和缺陷。传统的基于微分方程的传染病传播模型可直接通过大量统计学数据求得模型参数,对传染病流行规律、流行趋势和风险进行分析,但其没有充分考虑个体空间接触关系、个体行为等因素;基于复杂网络理论的传染病传播动力学研究充分考虑了个体之间的接触关系,因此其对传染病传播过程的描述也更加符合现实情况,但其构建关于个体种群的接触网络具有一定的难度。实际应用中可根据实际情况来选择合适的研究方法。事实上,一些动物传染病还存在死亡个体具有传染性的情况,无论在传统流行病学理论方法研究上,还是在基于复杂网络的流行病动力学研究上,现有的模型,例如SIS(Susceptible-Infected-Susceptible)模型、SIR(Susceptible-Infected-Remove)模型以及SEIR(Susceptible-Exposed-Infected-Remove)模型,都未充分考虑此种情况对于传染病传播过程的影响。为此,理论上本文基于经典SEIR模型提出了具有时滞和死亡状态的 SEIDR(Susceptible-Exposed-Infected-Death-Remove)模型。并基于传统微分方程方法,构建了 SEIDR模型的数学模型;基于平均场理论,构建均匀网络上SEIDR传播动力学模型;基于异质平均场理论,推导出非均匀网络上SEIDR传播动力学模型。通过随机性模拟思想设计数值模拟算法,对不同网络拓扑结构、节点感染率不同、初始状态感染源个数等因素对于传染病传播过程的影响进行分析。基于上述SEIDR模型的理论基础,本文对相关典型动物疾病传播特性进行分析,包括人畜共患病埃博拉病毒、规模化养猪场相关猪流行病。对于人畜共患病埃博拉病毒,基于2014-2016年西非埃博拉疫情,构建了西非埃博拉疫情的传染病模型并同传统SEIR模型相对比,以拟合度衡量指标R2,Rnew来验证了 SEIDR模型对具有时滞和死亡状态的传染病传播过程能够进行更好的描述。对于规模化养猪场相关猪流行病,初步构造规模化养猪场网络模型,结合非均匀网络上SEIDR传播动力学模型对规模化养猪场相关典型流行病传播机制分析,根据分析结果提出几点可行有效的、具有参考价值的抑制规模化养猪场流行病爆发的建议。
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