基于元胞自动机的传染病传播和控制仿真模型
发布时间：2020-12-15 04:24
从分析传染病的传播和发展的规律出发,利用元胞自动机构造出传染病传播和控制的仿真模型,同时引入隔离和预防策略对元胞演化制定了相应的规则,依据这些规则对每个元胞进行了同步更新。运用建立的元胞自动机模型对传染病传播和控制过程中所发生的变化进行有效模拟,同时给出了模型核心部分的matlab程序代码。模拟和分析结果表明,元胞自动机模型应用于传染病传播的模拟是合理的有效的,并进一步验证了接种疫苗、隔离、医学治疗是预防疾病和阻断疾病传播的有效手段。建立的元胞自动机模型还可运用到经济投资模拟、污染扩散等领域,具有很广阔的应用前景。
【文章来源】：辽宁工业大学学报(自然科学版). 2020年05期
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
给出了传染病的各个状态转移的流程
1仿真参数取值表名称符号取值接种疫苗力度阈值q40.6疫苗有效概率阈值q50.9接种疫苗时间步长T515潜伏-患病的比例阈值q60.9潜伏期T11.4潜伏者强制隔离阈值q10.3免疫期T473元胞空间规模n×n500×500患病-隔离时间步长T22染病者的强制隔离阈值Q20.5患病者死亡概率阈值mortality10.01075患病平均周期T33隔离者死亡概率阈值mortality20.00525隔离者治愈率阈值Q30.6丧失免疫概率阈值Q70.8演化时间长度L73图4传染演化过程图5传播期间人数变化折线图从曲线图可以看出，在传播初期传染病传播速度较快，随着时间推移，潜伏者、患病者、隔离者，死亡者的个体人数不断增加，累计人数很快达到高峰，随后开始下降。前3个状态累计人数下降原因有2方面：病情严重的患病者病情状态恶化死亡，退出了传播周期，这一点从死亡人数曲线上升可以反映出来；二是后期医学隔离加强、医学治疗措施改善，对疾病的控制效果开始显示出来。最终潜伏者、患病者、隔离者人数降低变为0，而死亡者数量一致维持在某个数值，不再增加。仿真结果中人数变化曲线与现实情况下疾病传播过程中人数变化趋势是吻合的。如果疾病是烈性传染病，致死率非常高，将mortality1设定为0.03。mortality1设定为0.01，其演化状态过程如图6所示。图6高致死状况下的演化过程
292辽宁工业大学学报(自然科学版)第40卷抗体浓度未达到有效浓度，仍然对疾病没有免疫能力而退回易感状态，这和实际情况下一小部分接种个体仍对疾病未获得免疫能力而感染或容易被传染的情况是相符合的。一部分接种个体抗体浓度达到有效浓度，而在随后一段时间内拥有对疾病的抵抗能力成为免疫者。未接种疫苗的易感个体或者时间超过免疫期失去免疫力的免疫个体被传染后，进入无症状的潜伏期状态，潜伏期过后，进入显露患病特征的感染状态，潜伏期个体与感染个体均可被隔离和接受医学治疗，感染或者治疗中个体会出现一部分死亡的现象，治疗康复后身体内产生较高浓度对抗病毒的抗体，对疾病有免疫能力，但这免疫并不是对免疫者终生拥有的，一部分免疫者经过免疫期后，以一定概率失去免疫能力，成为易感个体。考虑到现实生活中的一些真实状况，在本文介绍的模型中，潜伏期个体、感染个体与参与治疗的个体均具有传染性，但传染性具有强弱之分，在本文当中，接种有效或者患病治愈的个体拥有对疾病同等的免疫能力。1.2元胞自动机模型元胞自动机是新兴的人工智能、人工生命的分支，它对信息的处理是同步进行的。元胞自动机是一个时间、空间和状态都离散的，通过局部元胞的相互作用而引起全局变化的动力学系统模型[9]。它是由元胞、元胞空间、邻居、元胞演化规则和元胞状态组成，是一个由大量简单元素、简单链接、简单规则、有限状态和局域作用所组成的信息处理系统，利用计算机的原理和思想来进行系统的仿真和发展预测。其根本思想就是把系统看成元胞空间，将元胞空间分解成为很多个单元，根据元胞空间中相邻单元之间存在一定规则的作用关系，元胞空间里的每个单元的状态在这些简单的规则作用下不断进化得到仿真结果[
【参考文献】：
期刊论文
[1]大锻件非连续热变形组织演变宏微观模拟[J]. 陈飞,朱华佳,李佳航,崔振山. 塑性工程学报. 2020(05)
[2]考虑节点静态电压稳定性的电网元胞自动机故障演化模型[J]. 王佳霖,于群,曹娜,徐式蕴,宋敦文. 智慧电力. 2020(05)
[3]元胞自动机改善大规模海面污染物扩散实时绘制算法[J]. 吕梦雅,张鹏,刘培艺,唐勇,李颖. 小型微型计算机系统. 2020(05)
[4]基于元胞自动机的30CrMo钢动态再结晶组织演变规律研究[J]. 费荣高,赵刚,叶传龙,韩汝洋,易航,甘晓龙. 武汉科技大学学报. 2019(06)
[5]基于元胞自动机的地铁车站行人疏散仿真[J]. 姚加林,龙舜. 铁道科学与工程学报. 2019(11)
[6]具有垂直传播和一般接触的元胞自动机传染病模型[J]. 畅春玲,隋英,孙艳玲. 科技广场. 2010(06)
[7]基于元胞自动机的流行病传播模型及模拟[J]. 于鑫,段晓东,刘向东,周福才. 计算机工程与应用. 2005(02)
[8]基于元胞自动机的高校毕业生就业市场演化研究[J]. 谢菲,程永波. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2020(02)
本文编号：2917655
【文章来源】：辽宁工业大学学报(自然科学版). 2020年05期
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
给出了传染病的各个状态转移的流程
1仿真参数取值表名称符号取值接种疫苗力度阈值q40.6疫苗有效概率阈值q50.9接种疫苗时间步长T515潜伏-患病的比例阈值q60.9潜伏期T11.4潜伏者强制隔离阈值q10.3免疫期T473元胞空间规模n×n500×500患病-隔离时间步长T22染病者的强制隔离阈值Q20.5患病者死亡概率阈值mortality10.01075患病平均周期T33隔离者死亡概率阈值mortality20.00525隔离者治愈率阈值Q30.6丧失免疫概率阈值Q70.8演化时间长度L73图4传染演化过程图5传播期间人数变化折线图从曲线图可以看出，在传播初期传染病传播速度较快，随着时间推移，潜伏者、患病者、隔离者，死亡者的个体人数不断增加，累计人数很快达到高峰，随后开始下降。前3个状态累计人数下降原因有2方面：病情严重的患病者病情状态恶化死亡，退出了传播周期，这一点从死亡人数曲线上升可以反映出来；二是后期医学隔离加强、医学治疗措施改善，对疾病的控制效果开始显示出来。最终潜伏者、患病者、隔离者人数降低变为0，而死亡者数量一致维持在某个数值，不再增加。仿真结果中人数变化曲线与现实情况下疾病传播过程中人数变化趋势是吻合的。如果疾病是烈性传染病，致死率非常高，将mortality1设定为0.03。mortality1设定为0.01，其演化状态过程如图6所示。图6高致死状况下的演化过程
292辽宁工业大学学报(自然科学版)第40卷抗体浓度未达到有效浓度，仍然对疾病没有免疫能力而退回易感状态，这和实际情况下一小部分接种个体仍对疾病未获得免疫能力而感染或容易被传染的情况是相符合的。一部分接种个体抗体浓度达到有效浓度，而在随后一段时间内拥有对疾病的抵抗能力成为免疫者。未接种疫苗的易感个体或者时间超过免疫期失去免疫力的免疫个体被传染后，进入无症状的潜伏期状态，潜伏期过后，进入显露患病特征的感染状态，潜伏期个体与感染个体均可被隔离和接受医学治疗，感染或者治疗中个体会出现一部分死亡的现象，治疗康复后身体内产生较高浓度对抗病毒的抗体，对疾病有免疫能力，但这免疫并不是对免疫者终生拥有的，一部分免疫者经过免疫期后，以一定概率失去免疫能力，成为易感个体。考虑到现实生活中的一些真实状况，在本文介绍的模型中，潜伏期个体、感染个体与参与治疗的个体均具有传染性，但传染性具有强弱之分，在本文当中，接种有效或者患病治愈的个体拥有对疾病同等的免疫能力。1.2元胞自动机模型元胞自动机是新兴的人工智能、人工生命的分支，它对信息的处理是同步进行的。元胞自动机是一个时间、空间和状态都离散的，通过局部元胞的相互作用而引起全局变化的动力学系统模型[9]。它是由元胞、元胞空间、邻居、元胞演化规则和元胞状态组成，是一个由大量简单元素、简单链接、简单规则、有限状态和局域作用所组成的信息处理系统，利用计算机的原理和思想来进行系统的仿真和发展预测。其根本思想就是把系统看成元胞空间，将元胞空间分解成为很多个单元，根据元胞空间中相邻单元之间存在一定规则的作用关系，元胞空间里的每个单元的状态在这些简单的规则作用下不断进化得到仿真结果[
【参考文献】：
期刊论文
[1]大锻件非连续热变形组织演变宏微观模拟[J]. 陈飞,朱华佳,李佳航,崔振山. 塑性工程学报. 2020(05)
[2]考虑节点静态电压稳定性的电网元胞自动机故障演化模型[J]. 王佳霖,于群,曹娜,徐式蕴,宋敦文. 智慧电力. 2020(05)
[3]元胞自动机改善大规模海面污染物扩散实时绘制算法[J]. 吕梦雅,张鹏,刘培艺,唐勇,李颖. 小型微型计算机系统. 2020(05)
[4]基于元胞自动机的30CrMo钢动态再结晶组织演变规律研究[J]. 费荣高,赵刚,叶传龙,韩汝洋,易航,甘晓龙. 武汉科技大学学报. 2019(06)
[5]基于元胞自动机的地铁车站行人疏散仿真[J]. 姚加林,龙舜. 铁道科学与工程学报. 2019(11)
[6]具有垂直传播和一般接触的元胞自动机传染病模型[J]. 畅春玲,隋英,孙艳玲. 科技广场. 2010(06)
[7]基于元胞自动机的流行病传播模型及模拟[J]. 于鑫,段晓东,刘向东,周福才. 计算机工程与应用. 2005(02)
[8]基于元胞自动机的高校毕业生就业市场演化研究[J]. 谢菲,程永波. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2020(02)
本文编号：2917655
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/yufangyixuelunwen/2917655.html
最近更新
教材专著
