Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Демогр.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
04.12.2018
Размер:
602.11 Кб
Скачать

8. Модели эпидемии

Модель распространения болезни без выздоровления («быстрая эпидемия»). Описывает ситуацию, при которой продолжительность болезни велика настолько, что при описании процесса распространения заболевания числом выздоровевших можно пренебречь.

Обозначения:

Pчисленность населения (константа);

P0(t)число здоровых;

P1(t)число больных.

Очевидно, P0(t)  P1(t)  P.

Процесс распространения заболевания описывается дифференциальным уравнением

Общее решение этого уравнения — логистическая функция

где постоянная C связана с начальным условием P1(0) соотношением

2. Модель распространения болезни с выздоровлением без иммунитета. В прежних обозначениях процесс распространения описывается уравнением

или

где введено обозначение

Общее решение уравнения имеет вид

где постоянная C связана с начальным условием P1(0) соотношением

3. Модель распространения болезни с выздоровлением и иммунитетом. В этом случае требуется различать изначально здоровых (не болевших), за которыми сохранится обозначение P0(t), и выздоровевших, которые будут обозначены P2(t). При любых t теперь выполняется равенство

P0(t)  P1(t)  P2(t)  P.

Процесс распространения болезни и выздоровлений описывается системой дифференциальных уравнений

Пример

Интенсивность заражения

0.2

Интенсивность выздоровления

0.02

Начальное число больных

0.005

не болевшие больные выздоровевшие

Численное решение дифференциальных уравнений и систем. Проще всего воспользоваться методом Эйлера. Уравнение с одной неизвестной функцией

заменяется конечно-разностным уравнением

Аналогично, система дифференциальных уравнений

заменяется системой конечно-разностных уравнений

Применительно к рассматриваемой модели эпидемии система конечно-разностных уравнений имеет вид

при начальном условии P1(0) = 0; P2(0) = 0.

9. Модели миграции

1. Рассмотрим вначале два множества (кластера), численности которых x1 и x2. Введем характеристики подвижности 1 и 2: подвижность 1 есть отношение величины потока (числа перемещающихся в единицу времени) покидающих множество 1 и направляющихся в множество 2; подвижность 2 определяется аналогично. Динамика численностей описывается дифференциальным уравнением

Ясно, что x1 + x2 N  const. Равновесные численности (dx1/dt  0, dx2/dt  0):

2. Пусть число кластеров равно m, их численности xi, i 1, …, m, подвижности теперь имеют направления: ij, i, j 1, …, m, i j.

Положим

ii (1)

определим матрицу  (ij)m m и вектор-строку x  (xi)1 m. В этих обозначениях

.

Равновесные численности должны отвечать системе x 0; но матрица — вырожденная (1 0), и если вектор x 0 — равновесный, то и вектор kx — также равновесный при любом k 0. Поэтому система x 0 определяет лишь равновесные пропорции, а для равновесных численностей следует задать еще и общую численность

3. Помимо m множеств рассматривается еще и внешняя среда. Она предполагается «большой» в том смысле, что число объектов в ней велико (≈ ∞), подвижность в направлении рассматриваемых множеств ничтожна (≈ 0), так что к i-му кластеру направлен поток с конечной интенсивностью i , а от i-го кластера во внешнюю среду направлен поток, определяемый подвижностью i, m + 1; ни тот, ни другой поток не изменяют численности объектов во внешней среде.

С учетом обозначения (1) теперь динамика численностей описывается системой уравнений

При этом суммы в (1) должны содержать слагаемые i, m + 1. Ввод в рассмотрение вектора-строки  (i)1 m позволяет описать динамику равенством

Равновесные численности теперь описываются системой + x 0.

Пример. Пусть m  3, 12  0.1, 13  0.2, 23  0.4, 24  0.3, 31  0.5; таким образом,

Входные потоки: 1  400, 3  200, так что  (400, 0, 200). (Не указанные числовые значения равны нулю.) Равновесные значения численностей определяются условием

Решением этой системы уравнений служат равновесные численности

x1  1400; x2  2000; x3  7600.

Решение представлено на рисунке. Над кластерами жирным шрифтом показаны равновесные численности, над дугами показаны равновесные интенсивности потоков.