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带有随机测试和接触追踪的HIV/AIDS流行病模型的分数最优控制。 (英语) Zbl 1421.92033号

摘要:在本文中,我们提出了一个带有随机测试和接触追踪的HIV/AIDS传播动力学分数模型,并将避孕套使用和抗逆转录病毒治疗(ART)的控制参数纳入该模型中,以控制HIV/AIDS的传播。利用稳定性定理和分数阶微分方程的分数阶拉塞尔不变性原理讨论了模型平衡点的稳定性。研究了分数阶导数(α)(0.6)对HIV/AIDS流行模型的影响。数值结果表明,导数阶(α)可以起到预防感染传播、治疗感染和延迟接受HIV检测的作用。我们给出了分数阶最优控制问题的一般形式,其中状态方程和共存方程是以左分数阶导数的形式给出的。我们使用Adams型预测-校正方法开发了前向-后向扫描方法,以解决模型的分数最优控制。结果表明,对确诊的HIV感染者实施ART治疗控制以及接触者追踪,显著减少了未确诊HIV感染人群和艾滋病患者的数量。此外,实施所有控制措施,大大减少了已确诊和未确诊的艾滋病毒感染者和艾滋病患者的数量。此外,当分数阶导数(α)限制为(1)((0<α<1))时,控制值减小。

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92天30分 流行病学
92C60型 医学流行病学
26A33飞机 分数导数和积分
34D23个 常微分方程解的全局稳定性
49公里15 常微分方程问题的最优性条件
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参考文献:

[1] Anderson,R.M.,Medly,G.F.,May,R.M..,Johnson,A.M.:艾滋病病原体人类免疫缺陷病毒(HIV)传播动力学的初步研究。IMA数学杂志。申请。医学生物学。3, 229-263 (1986) ·Zbl 0609.92025
[2] Egonmwan,A.O.,Okuonghae,D.:结核病诊断数学模型分析。J.应用。数学。计算。(2018). https://doi.org/10.1007/s12190-018-1172-1 ·Zbl 1422.34147号
[3] Pitchaimani,M.,Monica,C.:具有三个时滞的HIV-1感染模型的全局稳定性分析。J.应用。数学。计算。48(1-2), 293-319 (2015). https://doi.org/10.1007/s12190-014-0803-4 ·Zbl 1362.93134号 ·doi:10.1007/s12190-014-0803-4
[4] Guihua,L.,Zhen,J.:潜伏期、感染期和免疫期具有传染力的SEIR流行病模型的全局稳定性。混沌孤立子分形25(5),1177-1184(2005)·Zbl 1065.92046号
[5] Tripathi,A.,Naresh,R.,Sharma,D.:模拟筛查未意识感染者对HIV感染传播的影响。申请。数学。计算。184, 1053-1068 (2007) ·Zbl 1111.92051号
[6] Mukandavile,Z.,Gumel,A.B.,Garira,W.,Tchuenche,J.M.:HIV-疟疾联合感染模型的数学分析。数学。Biosci公司。工程6,333-362(2009)·Zbl 1167.92020号
[7] Hernandez-Vargasa,E.A.,Middleton,R.H.:HIV感染三个阶段的建模。J.西奥。《生物》320、33-40(2013)·Zbl 1406.92576号
[8] Mastroberardino,A.,Cheng,Y.,Abdelrazec,A.,Liu,H.:古巴艾滋病毒/艾滋病流行的数学模型。国际生物数学杂志。08, 1550047 (2015). https://doi.org/10.1142/S179352451550473 ·Zbl 1328.92079号 ·doi:10.1142/S1793524515500473
[9] Jabbari,A.,kheiri,H.,Jodayree Akbarfam,A.,Bekir,A.:使用多级分析方法对禽-人流感疫情模型进行动态分析。国际生物数学杂志。2016年9月1650090日。https://doi.org/10.1142/S17935245165090X ·Zbl 1346.92073号 ·doi:10.1142/S17935245165090X
[10] Mojaver,A.,Kheiri,H.:应用最优控制对一类丙型肝炎病毒感染模型进行动态分析。国际生物数学杂志。09, 1650038 (2016). https://doi.org/10.1142/S179352451650388 ·Zbl 1408.37146号 ·doi:10.1142/S179352451650388
[11] Karrakchou,J.、Rachik,M.、Gourari,S.:最佳控制和传染病学:在HIV/AIDS模型中的应用。申请。数学。计算。177, 807-818 (2006) ·Zbl 1096.92031号
[12] Adams,B.M.、Banks,H.T.、Kwon Hee-Dae,T.T.、Hien,T.:HIV的动态多药治疗:最佳和STI控制方法。数学。Biosci公司。工程1,223-241(2004)·Zbl 1060.92034号
[13] Das,A.,Pal,M.:具有治疗控制的不精确SIR流行病模型的数学研究。J.应用。数学。计算。56(1-2), 477-500 (2018). https://doi.org/10.1007/s12190-017-1083-6 ·Zbl 1390.49003号 ·doi:10.1007/s12190-017-1083-6
[14] Mukandavile,Z.、Garira,W.、Tchuenche,J.M.:公共卫生教育运动对艾滋病毒/艾滋病传播动力学的模拟影响。申请。数学。模型。33, 2084-2095 (2009) ·兹比尔1205.34092
[15] Yang,J.Y.,Chen,Y.,Zhang,F.Q.:手足口病(HFMD)模型的稳定性分析和最优控制。J.应用。数学。计算。41(1-2), 99-117 (2013). https://doi.org/10.1007/s12190-012-0597-1 ·Zbl 1300.34118号 ·doi:10.1007/s12190-012-0597-1
[16] Okosun,K.O.,Makinde,O.D.,Takaidza,I.:最佳控制对艾滋病毒/艾滋病治疗和筛查未知感染者的影响。申请。数学。模型。37, 3802-3820 (2013) ·1270.92028赞比亚比索
[17] Mwanga,G.G.,Aly,S.,Haario,H.,Nannyonga,B.K.:存在参数不确定性的耐药疟疾模型的最优控制。应用程序。数学。科学。8, 2701-2730 (2014)
[18] Choi,S.、Jung,E.、Lee,S.M.:使用吸烟结核病模型预防结核病的最佳干预策略。J.西奥。生物380,256-270(2015)·Zbl 1343.92466号
[19] Okyere,E.、Oduro,F.T.、Amponsah,S.K.、Dontwi,I.K.:疟疾感染的分数阶最优控制模型(2016)。arXiv预打印arXiv:1607.01612
[20] NK维塔诺夫;Ausloos先生;Scharnhorst,A.(编辑);Boerner,K.(编辑);Besselaar,P.(编辑),用于描述想法传播的知识流行和人口动力学模型,69-125(2012),柏林
[21] Saeedian,M.、Khalighi,M.,Azimi Tafreshi,N.、Jafari,G.R.、Ausloos,M.:流行病进化的记忆效应:易感感染恢复流行病模型。物理学。版本E 95(2),022409(2017)
[22] Okyere,E.,Oduro,F.T.,Amponsah,S.K.,Dontwi,I.K.,Frempong,N.K.:具有恒定总体的分数阶SIR模型。英国数学杂志。计算。科学。14(2), 1-12 (2016)
[23] Sun,H.G.,Chen,W.,Wei,H.,Chen,Y.Q.:恒阶和变阶分数阶模型在表征系统记忆特性方面的比较研究。欧洲物理学。J.规格顶部。193(1), 185-192 (2011)
[24] Petras,I.:分数阶非线性系统:建模、分析和仿真。柏林施普林格出版社(2011)·Zbl 1228.34002号
[25] Podlubny,I.:《分数微分方程,科学与工程中的数学》,圣地亚哥学术出版社(1999)·Zbl 0924.34008号
[26] Rihan,F.A.:分数阶生物系统的数值模拟。文章摘要。申请。分析。2013,文章ID 816803(2013)·兹比尔1470.65131
[27] Sun,H.G.,chen,Y.Q.,chen,W.:随机阶分数阶微分方程模型。信号处理。91(3), 525-530 (2011) ·Zbl 1203.94056号
[28] Chen,W.,Liang,Y.:分数导数和分形导数建模的新方法。混沌孤子分形102,72-77(2017)
[29] Pinto,C.M.A.,Carvalho,A.R.M.:关于艾滋病毒和结核病复合感染模型动力学的新发现。申请。数学。计算。242, 36-46 (2014) ·Zbl 1334.92422号
[30] Ahmed,E.,El-Saka,H.A.:关于丙型肝炎的分数阶模型。非线性生物识别。物理学。4, 1-3 (2010)
[31] Ding,Y.,Ye,H.:CD4+T细胞感染HIV的分数阶微分方程模型。数学。计算。模型。50, 386-392 (2009) ·Zbl 1185.34005号
[32] Kheiri,H.,Jafari,M.:局部环境中艾滋病毒/艾滋病流行分数阶模型的稳定性分析。J.计算。申请。数学。346, 323-339 (2018) ·Zbl 1401.92186号
[33] Singh,J.,Kumar,D.,Hammouch,Z.,Atangana,A.:与新分数导数相关的计算机病毒分数流行病学模型。申请。数学。计算。316, 504-515 (2018) ·Zbl 1426.68015号
[34] Singh,J.,Kumar,D.,Baleanu,D.,Rathore,S.:分数阶Drinfeld-Sokolov-Wilson方程的有效数值算法。申请。数学。计算。335,12-24(2018)·Zbl 1427.65324号
[35] Singh,J.,Kumar,D.,Baleanu,D.:关于Mittag-Lefler型核分数阶导数的Fornberg-Whitham方程的新分析。欧洲物理学。J.Plus 133、70(2018年)。https://doi.org/10.1140/epjp/i2018-11934-y ·doi:10.1140/epjp/i2018-11934-y
[36] Singh,J.,Kumar,D.,Baleanu,D.:关于具有Mittag-Lefler型核的分数导数的化学动力学系统的分析。《混沌》27,103113(2017)·Zbl 1390.34027号
[37] He,s,Banerjee,s.:使用具有季节性和随机感染的分数阶模型控制疫情。《物理A》501,408-417(2018)·Zbl 1514.92127号
[38] Hsieh,Y.H.,de Arazoza,H.,Lounes,R.,Joanes,J.:古巴艾滋病毒接触者追踪的一类方法:对干预和治疗的影响。威慑。斯托克。艾滋病流行模型HIV感染。Interv公司。(2005). https://doi.org/10.1142/9789812569264-0004 ·Zbl 1268.92090号
[39] Agrawal,O.P.:分数最优控制问题的一般公式和求解方案。非线性动力学。38, 323-337 (2004) ·Zbl 1121.70019号
[40] Agrawal,O.P.:分数最优控制问题的二次数值格式。J.戴恩。系统。测量。对照130011010-1-011010-6(2008)
[41] Basir,F.A.,Elaiw,A.M.,Kesh,D.,Roy,P.K.:分数阶酶动力学模型的最优控制。控制网络。44, 1-18 (2015) ·Zbl 1347.49065号
[42] Sweilam,N.H.,Al-Mekhla,S.M.:关于分数阶多序列结核模型的最优控制。最佳方案。控制应用程序。方法(2016)。https://doi.org/10.1002/oca.2247 ·Zbl 1353.49029号
[43] Ding,Y.,Wang,Z.,Ye,H.:具有记忆的分数阶HIV免疫系统的最优控制。IEEE传输。控制系统。Technol公司。13, 763-769 (2012)
[44] Lenhart,S.,Workman,T.:应用于生物模型的最优控制。查普曼和霍尔,纽约(2007年)·Zbl 1291.92010年
[45] McAsey,M.,Mou,L.,Han,H.:最优控制中正向-反向扫描法的收敛性。计算。最佳方案。申请。53, 207-226 (2012) ·Zbl 1258.49040号
[46] Diethelm,K.,Ford,N.J.,Freed,A.D.:数值解微分方程的预测-校正方法。非线性动力学。2002年3月29日至22日·Zbl 1009.65049号
[47] Diethelm,K.,Ford,N.J.,Freed,A.D.:分数Adams方法的详细误差分析。非线性动力学。35, 31-52 (2004) ·Zbl 1055.65098号
[48] Kilbas,A.A.、Srivastava,H.M.、Trujillo,J.J.:分数阶微分方程的理论与应用。Elsevier,纽约(2006)·Zbl 1092.45003号
[49] Samko,S.G.,Kilbas,A.A.,Marichev,O.I.:分数积分与导数理论与应用。Gordon和Breach,Linghorne(1993)·兹伯利0818.26003
[50] Diethelm,K.:分数阶微分方程的分析,使用Caputo型算子的面向应用的说明。施普林格,柏林(2004)·Zbl 1215.34001号
[51] Gorry,C.:古巴的艾滋病毒/艾滋病战略:基于权利的综合方法。国际乐施会,哈瓦那(2008)
[52] Odibat,Z.M.,Shawagfeh,N.T.:广义泰勒公式。申请。数学。计算。186, 286-293 (2007) ·Zbl 1122.26006号
[53] Lin,W.:分数阶微分方程的整体存在理论和混沌控制。数学杂志。分析。申请。332709-726(2007年)·Zbl 1113.37016号
[54] van den Driessche,P.,Watmough,J.:疾病传播的分区模型的繁殖数量和亚阈值地方病平衡。数学。Biosci公司。180, 29-48 (2002) ·兹比尔1015.92036
[55] Li,C.,Ma,Y.:分数阶动力系统及其线性化定理。非线性动力学。71, 621-633 (2013) ·Zbl 1268.34019号
[56] Mishina,A.M.,Proskuryako,I.V.:高等代数。瑙卡,莫斯科(1965年)
[57] 霍,J.,赵,H.,朱,L.:疫苗对分数阶HIV模型中后向分岔的影响。非线性分析。RWA 26,289-305(2015)·Zbl 1371.92080号
[58] Aguila-Camacho,N.,Duarte-Mermoud,M.A.,Gallegos,J.A.:分数阶系统的Lyapunov函数。Commun公司。非线性科学。数字。模拟。19(9), 2951-2957 (2014) ·Zbl 1510.34111号
[59] Agrawal,O.P.:最优控制问题数值解的一般公式。《国际期刊控制》50,627-638(1989)·Zbl 0679.49031号
[60] Meiberg,A.E.,Bos,A.E.R.,Onya,H.E.,Schaalma,H.P.:害怕污名化成为南非自愿艾滋病毒咨询和检测的障碍。东非。《公共卫生杂志》5(2),49-54(2008)
[61] Rapatski,B.,Klepac,P.,Duecks,S.,Liu,M.,Weiss,L.I.:1986-2000年期间古巴艾滋病毒/艾滋病的数学流行病学。数学。Biosci公司。工程3,545-556(2006)·Zbl 1092.92043号
[62] Mastroberardino,T.:古巴艾滋病毒/艾滋病流行的数学模型。AMS马里兰州大学巴尔的摩县东区会议(2014)·Zbl 1328.92079号
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