×

具有非线性发病率和双重流行病假设的随机SIS流行病模型的动力学分析。 (英语) Zbl 1422.92159号

摘要:本文提出并分析了具有非线性发病率和双重传染病假设的随机SIS传染病模型。我们解释了随机干扰对疾病传播的影响。为此,首先,我们研究了忽略随机扰动的系统的动力学性质,通过考虑确定性系统平衡点的稳定性,得到了两类传染病的阈值和灭绝和持久的条件。其次,我们重点研究了随机系统的阈值动力学,并建立了两类传染病的灭绝和持久性条件。我们发现确定性系统和随机系统的阈值之间存在显著差异。此外,已经证实,在相同条件下,用确定性系统分析的传染病的持续性由于随机扰动而灭绝。这意味着随机扰动对传染病的传播具有显著影响,较大的随机扰动导致疫情的控制。为了说明确定性系统和随机系统之间的动态差异,使用不同的噪声干扰系数进行了一系列数值模拟。

MSC公司:

92天30分 流行病学
60 H10型 随机常微分方程(随机分析方面)
92D25型 人口动态(一般)
34K20码 泛函微分方程的稳定性理论
60华氏30 随机分析的应用(对偏微分方程等)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序

参考文献:

[1] Hamer,WH,《英国的流行病》,《柳叶刀》,1733-739,(1906)
[2] Brauer,F,Castillo-Chavez,C:人口生物学和流行病学的数学模型。应用数学课文。施普林格,纽约(2001)·Zbl 0967.92015年 ·doi:10.1007/978-1-4757-3516-1
[3] 伯努利,D;Blower,S,试图对天花引起的死亡率和接种预防天花的优势进行新的分析,Rev.Med.Virol。,14, 275-288, (2004) ·doi:10.1002/rmv.443
[4] 罗斯,RA:《疟疾预防》,伦敦默里出版社(1911年)
[5] 5月,RM;安德森,RM;McLean,AR,艾滋病毒/艾滋病流行的可能人口后果。假设艾滋病毒感染总是导致艾滋病,数学。生物科学。,90, 475-505, (1988) ·Zbl 0673.92008号 ·doi:10.1016/0025-5564(88)90079-X
[6] Anderson,RM,May,RM:人类传染病:动力学和控制。牛津大学出版社,牛津(1992)
[7] 张,T;马,W;孟,X;Zhang,T,具有非线性状态反馈控制的捕食模型的周期解,应用。数学。计算。,266, 95-107, (2015) ·Zbl 1410.34243号
[8] 孟,X;张,L,具有脉冲周期扰动的Lotka-Volterra竞争模型中的演化动力学,数学。方法应用。科学。,39, 177-188, (2016) ·Zbl 1342.92192号 ·doi:10.1002/mma.3467
[9] 程,H;Zhang,T,一个新的捕食者-食饵模型,在被捕食物上具有无益的消化延迟和脉冲扰动,Appl。数学。计算。,217, 9198-9208, (2011) ·兹比尔1215.92060
[10] 程,H;张,T;Wang,F,Holling I捕食者-食饵模型一阶周期解的存在性和吸引性,文章摘要。申请。分析。,2012, (2012) ·Zbl 1253.34043号
[11] 张,T;马,W;Meng,X,具有脉冲絮凝剂输入收获的延迟恒化器模型的全局动力学,Adv.Differ。等于。,2017, (2017) ·Zbl 1422.92139号 ·doi:10.1186/s13662-017-1163-9
[12] Xu,X,一个变形的约化半离散Kaup-Newell方程,相关的可积族和Darboux变换,应用。数学。计算。,251, 275-283, (2015) ·Zbl 1328.37054号
[13] 董,H;张,Y;张,X,新的可积辛映射与可积非线性晶格方程的对称性,Commun。非线性科学。数字。模拟。,36, 354-365, (2016) ·Zbl 1470.39011号 ·doi:10.1016/j.cnsns.2015.12.015
[14] 张,Y;董,H;张,X;杨,H,广义维浅水型方程的有理解和集总解,计算。数学。申请。,73, 246-252, (2017) ·Zbl 1368.35240号 ·doi:10.1016/j.camwa.2016.11.009
[15] 董,H;郭,B;Yin,B,具有自洽源的NLS mkdv体系哈密顿结构的广义分数超迹恒等式,分析。数学。物理。,6, 199-209, (2016) ·Zbl 1339.37051号 ·doi:10.1007/s13324-015-0115-3
[16] 方,Y;董,H;侯,Y;Kong,Y,带修正项的非线性发展方程的Frobenius可积分解,应用。数学。计算。,226, 435-440, (2014) ·Zbl 1364.35073号
[17] 孟,X;陈,L;带脉冲接种和潜伏期的时滞sir传染病模型,非线性分析。,真实世界应用。,11, 88-98, (2010) ·Zbl 1184.92044号 ·doi:10.1016/j.nonrwa.2008.10.041
[18] 张,T;孟,X;Zhang,T,具有直接和环境传输的延迟SIV模型的全球分析,J.Appl。分析。计算。,6, 1479-1491, (2016)
[19] 崔,Y,分数阶微分方程边值问题解的唯一性,应用。数学。莱特。,51, 48-54, (2016) ·Zbl 1329.34005号 ·doi:10.1016/j.aml.2015.07.002
[20] Bai,Z;董,X;Yin,C,具有混合边界条件的脉冲非线性分数阶微分方程的存在性结果,有界。价值问题。,2016, (2016) ·Zbl 1407.34006号 ·doi:10.1186/s13661-016-0573-z
[21] 崔,Y;Zou,Y,具有耦合积分边值条件的二阶非线性系统的存在唯一性定理,应用。数学。计算。,256, 438-444, (2015) ·Zbl 1338.34053号
[22] Bai,Z;董,X;殷,C,分数阶微分方程的单调迭代法,电子。J.差异。等于。,2016, (2016) ·Zbl 1418.92173号 ·doi:10.1186/s13662-015-0733-y
[23] 邹,Y;Cui,Y,分数阶微分方程函数边值问题的存在性结果,Adv.Differ。等于。,2013, (2013) ·Zbl 1375.34098号 ·数字对象标识代码:10.1186/1687-1847-2013-233
[24] 张,T;张,T;孟,X,具有维持能量的恒化器模型的稳定性分析,应用。数学。莱特。,68, 1-7, (2017) ·Zbl 1361.92047号 ·doi:10.1016/j.aml.2016.12.007
[25] 科马克,WO;McKendrick,AG,对流行病数学理论的贡献——I,Bull。数学。《生物学》,53,33-55,(1991)·Zbl 0007.31502号
[26] 科马克,WO;麦肯德里克,AG,《对流行病数学理论的贡献:II。对地方性问题的进一步研究,公牛。数学。《生物学》,53,89-118,(1991)·Zbl 0007.31502号
[27] 徐,R;Ma,Z,具有非线性发病率和时滞的SIR流行病模型的全局稳定性,非线性分析。,真实世界应用。,10, 3175-3189, (2009) ·Zbl 1183.34131号 ·doi:10.1016/j.nonrwa.2008.10.013
[28] Xu,右;张,S;张,F,具有logistic增长和饱和发病率的延迟SEIS传染病模型的全球动力学,数学。方法应用。科学。,39, 3294-3308, (2016) ·Zbl 1347.34123号 ·doi:10.1002/mma.3774
[29] 张,T;Teng,Z,具有饱和发生率的延迟SEIRS流行病模型的全局渐近稳定性,混沌孤子分形,371456-1468,(2008)·Zbl 1142.34384号 ·doi:10.1016/j.chaos.2006.10.041
[30] 刘,W;莱文,SA;Iwasa,Y,非线性发病率对SIRS流行病学模型行为的影响,J.Math。生物学,23187-204,(1986)·Zbl 0582.92023号 ·doi:10.1007/BF00276956
[31] 刘,W;Hethcote,HW;Levin,SA,非线性发病率流行病学模型的动力学行为,J.Math。《生物学》,25,359-380,(1987)·Zbl 0621.92014号 ·doi:10.1007/BF00277162
[32] Hethcote,HW;马萨诸塞州刘易斯;Driessche,P,具有延迟和非线性发病率的流行病学模型,J.Math。生物学,27,49-64,(1989)·兹比尔0714.92021 ·doi:10.1007/BF00276080
[33] 阮,S;Wang,W,具有非线性发病率的流行病模型的动力学行为,J.Differ。等于。,188, 135-163, (2003) ·Zbl 1028.34046号 ·doi:10.1016/S0022-0396(02)00089-X
[34] 陈,L;胡,Z;Liao,F,具有非线性分层指征入射、垂直传输和时滞的SEIR模型的稳定性,J.Aanhui Norm。大学,39,26-32,(2016)·Zbl 1363.34278号
[35] 王,L;Li,J-Q,具有非线性发病率和差异传染性的流行病模型的全局稳定性,应用。数学。计算。,161, 769-778, (2005) ·Zbl 1055.92053号
[36] 毛,X:随机微分方程及其应用。霍伍德,奇切斯特(2008)·doi:10.1533/9780857099402
[37] Artalejo,JR;Economou,A;Lopez-Herrero,MJ,关于SIS和SIR随机流行病模型中恢复个体的数量,数学。生物科学。,228, 45-55, (2010) ·Zbl 1200.92035号 ·doi:10.1016/j.mbs.2010.08.006
[38] Bacaör,N,关于周期环境中的随机SIS流行病模型,J.Math。《生物学》,71,491-511,(2014)·Zbl 1326.35396号 ·doi:10.1007/s00285-014-0828-1
[39] 孟,X,一类新的具有双重传染病假设的随机传染病模型的稳定性,应用。数学。计算。,217, 506-515, (2010) ·Zbl 1198.92041号
[40] 贝雷塔,E;科尔马诺夫斯基,V;Shaikhet,L,受随机扰动影响的时滞流行病模型的稳定性,数学。计算。模拟。,45, 269-277, (1998) ·Zbl 1017.92504号 ·doi:10.1016/S0378-4754(97)00106-7
[41] 于,J;蒋,D;Shi,N,具有随机扰动的两组SIR模型的全局稳定性,数学杂志。分析。申请。,360, 235-244, (2009) ·Zbl 1184.34064号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2009.06.050
[42] 吉,C;Jiang,D,随机SIR模型的阈值行为,应用。数学。型号。,38, 5067-5079, (2014) ·Zbl 1428.92109号 ·doi:10.1016/j.apm.2014.03.037
[43] 冯,T;孟,X;刘,L;Gao,S,不等式技术在随机生态流行病学模型动力学分析中的应用,J.Inequal。申请。,2016, (2016) ·Zbl 1357.92069号 ·doi:10.1186/s13660-016-1265-z
[44] 马,H;贾,Y,具有无限马尔可夫变换的随机微分方程的稳定性分析,J.Math。分析。申请。,435, 593-605, (2016) ·Zbl 1323.93071号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2015.10.47
[45] 赵,W;李,J;张,T;孟,X;张,T,带有马尔可夫转换和脉冲毒物输入的植物病害模型的持久性和遍历性,Commun。非线性科学。数字。模拟。,48, 70-84, (2017) ·Zbl 1510.92257号 ·文件编号:10.1016/j.cnsns.2016.12.020
[46] 塔克韦尔,HC;Williams,RJ,SIR型简单随机流行病模型的一些性质,数学。生物科学。,208, 76-97, (2007) ·Zbl 1116.92061号 ·doi:10.1016/j.mbs.2006.09.018
[47] 蔡,Y;康,Y;班纳吉,M;Wang,W,干预策略下具有传染力的随机SIRS流行病模型,J.Differ。等于。,259, 7463-7502, (2015) ·兹比尔1330.35464 ·doi:10.1016/j.jde.2015.08.024
[48] 灰色,A;格林哈尔,D;毛,X;潘,J,带有马尔科夫转换的SIS流行病模型,J.Math。分析。申请。,394, 496-516, (2012) ·Zbl 1271.92030 ·doi:10.1016/j.jmaa.2012.05.029
[49] 张,X;蒋,D;阿尔萨迪,A;Hayat,T,制度转换下接种疫苗的随机SIS流行病模型的平稳分布,应用。数学。莱特。,59, 87-93, (2016) ·Zbl 1343.60095号 ·doi:10.1016/j.aml.2016.03.010
[50] 孟,X;赵,S;冯,T;张,T,一种新的具有双重传染病假设的非线性随机SIS传染病模型的动力学,J.Math。分析。申请。,433, 227-242, (2016) ·Zbl 1354.92089号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2015.07.056
[51] 转子,E;布切拉托,SM;Vetro,P,随机sir系统的稳定性,Phys。A、 统计机械。申请。,354, 111-126, (2005) ·doi:10.1016/j.physa.2005.02.057
[52] 张,Z;孟,X;Lu,X,具有两种不同饱和发病率的新型随机SIRS流行病模型的分析,Phys。A、 统计机械。申请。,472, 103-116, (2017) ·Zbl 1400.92468号 ·doi:10.1016/j.physa.2017.015
[53] 灰色,A;格林哈尔,D;胡,L;毛,X;潘,J,随机微分方程SIS流行病模型,SIAM J.应用。数学。,71, 876-902, (2011) ·Zbl 1263.34068号 ·数字对象标识码:10.1137/10081856X
[54] 林,Y;Jiang,D,白噪声扰动SIR模型的长期行为,离散Contin。动态。系统。,序列号。B、 1873-1887年(2013年)·Zbl 1435.92077号 ·doi:10.3934/dcdsb.2013.18.873
[55] 舒尔茨,H;Tosun,K,可变扩散率SIR模型的随机渐近稳定性,J.Dyn。不同。等于。,27, 69-82, (2015) ·兹比尔1312.60077 ·doi:10.1007/s10884-014-9415-9
[56] Lu,Q,随机扰动SIRS系统的稳定性,物理学。A、 统计机械。申请。,388, 3677-3686, (2009) ·doi:10.1016/j.physa.2009.05.036
[57] 魏,F;Liu,J,具有不同人口规模的随机流行病模型的长期行为,Phys。A、 统计机械。申请。,470, 146-153, (2017) ·Zbl 1400.92556号 ·doi:10.1016/j.physa.2016.11.031
[58] 达拉,N;格林哈尔,D;Mao,X,艾滋病和避孕套使用的随机模型,J.Math。分析。申请。,325, 36-53, (2007) ·Zbl 1101.92037号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2006.01.055
[59] Xu,C,随机微分方程SIS模型的全局阈值动力学,J.Math。分析。申请。,447, 736-757, (2017) ·Zbl 1350.92057号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2016.10.041
[60] 拉鲁兹,A;具有随机扰动的SIRS系统消亡和持续存在的充要条件,应用。数学。计算。,233, 10-19, (2014) ·Zbl 1334.92412号
[61] 拉鲁兹,A;Settati,A,非线性随机SIRS流行病系统的定性研究,Stoch。分析。申请。,32, 992-1008, (2014) ·Zbl 1302.92131号 ·doi:10.1080/07362994.2014.961088
[62] 赵,D;张,T;袁,S,具有非线性饱和发病率的随机SIVS流行病模型的阈值,Phys。A、 统计机械。申请。,443, 372-379, (2016) ·Zbl 1400.92565号 ·doi:10.1016/j.physa.2015.09.092
[63] 赵,Y;林,Y;蒋,D;毛,X;Li,Y,具有标准发生率的随机SIRS流行病模型的平稳分布,离散Contin。动态。系统。,序列号。B、 212363-2378,(2016)·Zbl 1354.92100号 ·doi:10.3934/dcdsb.2016051
[64] 苗,A;张,J;张,T;Sampath Aruna Pradeep,BG,具有垂直传播和接种的随机SIR模型的阈值动力学,计算。数学。方法医学,2017,(2017)·Zbl 1382.92243号 ·doi:10.1155/2017/4820183
[65] 拉鲁兹,A;塞塔蒂,A;Akharif,A,随机扰动对SIS流行病系统的影响,J.Math。生物学,74469-498,(2017)·Zbl 1365.60063号 ·doi:10.1007/s00285-016-1033-1
[66] 刘,Q;蒋,D;施,N;Hayat,T;Alsadei,A,具有标准发病率的随机SIRS流行病模型的平稳分布和灭绝,Phys。A、 统计机械。申请。,469, 510-517, (2017) ·Zbl 1400.92521号 ·doi:10.1016/j.physa.2016.11.077
[67] 迪厄,NT;Nguyen,DH;Du,新罕布什尔州;Yin,G,随机SIR模型中渐近行为的分类,SIAM J.Appl。动态。系统。,15, 1062-1084, (2016) ·Zbl 1343.34109号 ·doi:10.1137/15M1043315
[68] 赵,Y;蒋,D,带有疫苗接种的随机SIS流行病模型的阈值,应用。数学。计算。,243, 718-727, (2014) ·Zbl 1335.92108号
[69] 蒋,D;刘,Q;施,N;哈亚特,T;阿尔萨迪,A;Xia,P,具有logistic增长的随机HIV-1感染模型的动力学,Phys。A、 统计机械。申请。,469, 706-717, (2017) ·Zbl 1400.92502号 ·doi:10.1016/j.physa.2016.11.078
[70] 蔡,Y;康,Y;班纳吉,M;Wang,W,包含媒体报道的随机流行病模型,Commun。数学。科学。,14, 893-910, (2016) ·Zbl 1344.92155号 ·doi:10.4310/CMS.2016.v14.n4.a1
[71] 杜,NH;Nhu,NN,受复杂类型噪声扰动的某些随机SIR模型的持久性和消亡,应用。数学。莱特。,64, 223-230, (2017) ·Zbl 1354.92090号 ·doi:10.1016/j.aml.2016.09.012
[72] 刘,Q;Chen,Q,具有非线性发病率的确定性和随机SIRS流行病模型分析,Phys。A、 统计机械。申请。,428, 140-153, (2015) ·Zbl 1400.92515号 ·doi:10.1016/j.physa.2015.01.075
[73] 张,X;蒋,D;Hayat,T;Ahmad,B,具有由Lévy跳跃驱动的双重流行病的随机SIS模型的动力学,Phys。A、 统计机械。申请。,471, 767-777, (2017) ·Zbl 1400.92564号 ·doi:10.1016/j.physa.2016.12.074
[74] 李,C;裴,Y;X梁;Fang,D,一种随机弓形虫病在猫和卵囊之间传播的跳跃过程模型,Commun。数学。生物神经科学。,2016, (2016)
[75] 周,Y;袁,S;Zhao,D,具有跳跃的随机SIS模型的阈值行为,应用。数学。计算。,275, 255-267, (2016) ·Zbl 1410.92149号
[76] 蒋,D;吉,C;施,N;Yu,J,具有随机扰动的DI-SIR流行病模型的长时间行为,J.Math。分析。申请。,372, 162-180, (2010) ·Zbl 1194.92053号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2010.06.003
[77] 刘,M;Bai,C;Wang,K,具有无限时滞的两组随机SEIR模型的渐近稳定性,Commun。非线性科学。数字。模拟。,19, 3444-3453, (2014) ·Zbl 1470.92322号 ·doi:10.1016/j.cnsns.2014.02.025
[78] 刘,Q;蒋,D;施,N;Hayat,T;Alsadei,A,具有非线性发病率的随机延迟SEIR流行病模型的渐近行为,Phys。A、 统计机械。申请。,462, 870-882, (2016) ·Zbl 1400.34097号 ·doi:10.1016/j.physa.2016.06.095
[79] 科洛登,PE;Platen,E,随机微分方程的高阶隐式强数值格式,J.Stat.Phys。,66, 283-314, (1992) ·Zbl 0925.65261号 ·doi:10.1007/BF01060070
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。