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SI.SIR.SIS 模型
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数学模型实验—实验报告10
学院: 专 业: 姓 名:
学号:___ ____ 实验时间:__ ____ 实验地点:
一、实验项目:传染病模型求解
二、实验目的和要求
a.求解微分方程的解析解
b.求解微分方程的数值解
三、实验内容
问题的描述
各种传染病给人类带来的巨大的灾难,长期以来,建立传染病的数学模型来描述传染病的的传播过程,分析受感染人数的变化规律,探索制止传染病蔓延的手段等,一直是各国有关专家和官员关注的课题。
不同类型传染病有各自不同的特点,在此以一般的传播机理建立几种3模型。分别对3种建立成功的模型进行模型分析,便可以了解到该传染病在人类间传播的大概情况。
模型一(SI模型):
(1)模型假设
1.在疾病传播期内所考察地区的总人数N不变,人群分为健康人和病人,时刻t这两类人在总人数中所占比例为s(t)和i(t)。
2.每个病人每天有效接触的平均人数是常数a,a成为日接触率,当病人与健康者有效接触时,可使其患病。
(2)建立模型
根据假设,每个病人每天可使as(t)个健康人变成病人,t时刻病人数为Ni(t),所以每天共有aNs(t)i(t)个健康者被感染,即病人的增加率为: Ndi/dt=aNsi
又因为s(t)+i(t)=1
再记时刻t=0时病人的比例为i0
则建立好的模型为:
i(0)=i0
(3)模型求解 (代码、计算结果或输出结果)
syms a i t i0 % a:日接触率,i:病人比例, s:健康人比例,i0:病人比例在t=0时的值
i=dsolve(Di=a*i*(1-i),i(0)=i0,t);
y=subs(i,{a,i0},{0.3,0.02});
ezplot(y,[0,100])
figure
i=str2double(i);
i=0:0.01:1;
y=0.3*i.*(1-i);
plot(i,y)
SI模型的i~t曲线 SI 模型的di/dt~i 曲线
(4)结果分析
由上图可知,在i=0:1内,di/dt总是增大的,且在i=0.5时,取到最大值,即在t-inf时,所有人都将患病。
上述模型显然不符合实际,为修正上述结果,我们重新考虑模型假设,建立SIS 模型
模型二(SIS模型)
模型假设
假设条件1.2与SI模型相同;
3.每天被治愈的病人数占病人总数的比例为常数u,成为日治愈率,病人治愈后成为仍可被感染的健康者。显然1/u是平均传染期。
(2)模型建立
病人的增加率:Ndi/dt=aNsi-uNi 且 i(t)+s(t)=1;
则有: di/dt=ai(1-i)-ui
在此定义k=a/b,可知k是整个传染传染期内每个病人有效接触的平均人数,成为接触数。
则建立好的模型为:
i(0)=i0;
模型求解 (代码、计算结果或输出结果)
syms a i u t i0 % a:日接触率,i:病人比例,u:日治愈率,i0:病人比例在t=0时的值
dsolve(Di=a*i*(1-i)-u*i,i(0)=i0,t) % 求用u表示的i—t解析式
syms k % k:接触数
k=a/u;
i=dsolve(Di=-a*i*i+a*i*(1-1/k),i(0)=i0,t) % 求用k表示的i—t解析式
% 给k、a、i0指定特殊值,作出相关图像
y=subs(i,{k,a,i0},{2,0.3,0.02}); %①k1的情况,以k=2为例
ezplot(y,[0,100])
pause %作i—t图,分析随时间t的增加, i的变化
gtext(1/k)
legend(k1 本例中k=2)
figure
i=str2double(i);
i=0:0.01:1;
y=-0.3*i.*[i-1/2];
plot(i,y) %作di/dt—i的图像
gtext(1-1/k,在此图中为0.5)
legend(k=2)
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