资源约束下基于改进传统SEIR模型的传染病传播网络建模研究

来源：上海理工大学学报杂志2024年第6期北京时间：

作者：徐梦婷，刘勤明，何基伟

单位：上海理工大学 管理学院，上海 200093,上海理工大学 管理学院，上海 200093,上海理工大学 管理学院，上海 200093

摘要：为了进一步厘清传染性疾病的传播脉络，针对传染病突发性、意外性、群体性等特征，提出了一种基于元胞自动机，考虑人口数量变动且应急救援物资数量影响动态接触率的SEIRD疫情传播网络模型，以克服传统动力学传播模型SIR和SEIR的不足。首先，通过数据分析，构建应急物资数量及人口密度相关的接触率函数，建立动态SEIRD传染病传播模型。其次，基于最小二乘估计最优化算法及迭代的四阶龙格–库塔法对模型中的未知参数进行估计。再次，利用LSODA算法进行隐式数值积分运算来求解常微分方程组的数值解，通过求解出的参数值建立元胞演化规则并将传染病的传播趋势以基于元胞自动机的方式进行展示。最后，采用2020年2月1日—4月1日中国湖北省新型冠状病毒肺炎感染数据，对传染性疾病传播网络进行数据预测及模型验证。通过设置模型相关参数，展示传染病传播过程并将其传播趋势可视化，并对模型参数进行灵敏度分析。预测结果显示，动态SEIRD模型预测结果有效。

关键词：传播网络;应急物资;元胞自动机;计算机模拟;传播动力学

基金资助：国家自然科学基金资助项目(71840003)；上海市自然科学基金资助项目(19ZR1435600)； 教育部人文社会科学研究规划基金资助项目(20YJAZH068)；上海理工大学科技发展项目(2020KJFZ038).