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Biom athem atics
生 物 数 学 学 报 2006,21(11:21—27
用差分方程模型模拟北京 2003年 SARS疫情
刘 双 李海龙
(1鞍山师范学院 数学系,辽宁 鞍山 114005;2中国地质大学 (武汉)环境学院,湖北 武汉 430074)
摘 要: 根据北京 2003年SARS疫情发展的实际情况,利用差分方程建立模拟北京疫情
发展过程 (2003年 3月 20 日至 7月 14 日1的数学模型.建立主要 由模拟值与实际统计值之差
的平方和构成 的 目标函数.最后利用 Gauss—Newton最优化方法,对模型中参数进行估计.
关键词:SARS;差分方程;数学模型; Gauss—Newton最优化方法;反 问题;参数估计
中图分类号:O175.7;O242.1 MR 分类号:92B05;34M50 文献标识码:A
文章编号:1001—9626(2006)01—0021—07
0 引 言
SARS是近几年来人类所遇到的涉及范围最广的传染病, 2003年发生在北京市的 SARS
疫情病例数在其总病例数中占有很高的比例,因此研究其发展过程有重要的意义.文 [1】中,
利用时滞常微分方程建立了描述 SARS传染和发展的数学模型,通过对模型的讨论得出在无
任何预防和隔离措施的情况下,当疫情 自生自灭后,感染 SARS的总人数占人 口的比例主要取
决于基本传染数,其缺陷是未将人类抗击 SARS的措施考虑进去.文 [2】以传统的微分方程为
理论基础,建立了控制前和控制后的传播模型,重点分析了控制后模型,在控制后模型中参数
的取值为相关数据的平均值,没有考虑由传染病潜伏期存在性和预防措施生效性而引起的时
滞现象.上述模型都为连续型模型,连续型模型只有在传染病人数较多的情况下成立,不能把
传染病传播过程中的各种人为因素有效地考虑进去,有一定的局限性,因此,都未能满意地再
现2003年北京 SARS疫情的发展过程.本文利用差分方程建立数学模型,取消了对传染病人
数的限制,且较为方便地考虑了疫情传播过程中的各种人为因素,从而使建立的模型更加符合
实际.
由[3】知北京SARS病例不是原发性病例,而是输入性病例,也即外地的病人到北京来求
医,结果在北京诊断为SARS病例.北京市2003年 SARS详细数据参见表 I.
根据表 1中北京2003年 SARS数据我们可以把北京整个 SARS疫情的发展过程分为以下
三个时期:第一时期,疫情的初始发展期 (3月20日至 4月20日,共计 32天);第二时期,
疫情的高发平台期 (4月21日至5月8日,共计 18天);第三时期,疫情的衰退期 (5月9日
至 7月 14日,共计 67天).
收稿 日期:2003-12-20
基金项目:国家自然科学基金资助项目
作者简介:刘双 (1978-),男,辽宁沈阳人,硬士.
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22 生 物 数 学 学 报 第 21卷
由于从4月中下旬开始北京市政府采取了各种预防SARS的措施,新闻媒体加强了对SARS
疫情宣传力度,使人们提高了对 SARS传染病的预防意识,减少了健康个体被传染的可能性.
但上述行为从落实到生效,要经过一个滞后期,再加上 SARS传染病具有潜伏期,所以我们假
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第 1期 刘 双等:用差分方程模型模拟北京 2003年 SARS疫情 23
定:在医院外的传染率在4
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