若干病毒感染模型的动力学分析

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传染病威胁人类健康,大多数传染病是通过病毒的感染来实现的。利用病毒的医学检验数据,运用数学建模的方法对传染病病毒感染的动力学行为进行研究,对传染病病毒感染的医学检验、控制、治疗、研究均具有重要意义。  本文针对病毒感染的特点,利用数学建模的方法,主要研究了以下两个问题:  第一个问题研究了一类自调节免疫的时滞病毒感染模型。关于病毒感染考虑一种或两种因素影响的模型,如具有非线性发生率的病毒感染模型、具有时滞效应的病毒感染模型等,国内外学者已经进行过研究。在实际的病毒传播中,往往是多种因素同时影响病毒的感染传播过程,这对控制病毒传播有重要的意义。所以,本文建立了具有饱和发生率和自调节免疫的时滞病毒感染模型,证明了当R0≤1,τ为任意值时,无病平衡点局部渐近稳定,当R0>1时,存在唯一正平衡点,且在一定的条件下,存在一τ0>0,当τ<τ0时,正平衡点局部渐近稳定;当τ>τ0时,正平衡点不稳定。最后,通过数值模拟验证了理论结果的正确性。  第二个问题研究了一类一般形式的CTL免疫的病毒感染模型。有关CTL免疫的病毒感染模型已经有很多研究,分别对具有线性、双线性、饱和性反应的CTL免疫的病毒感染模型进行了研究。本人通过研究这些结果,发现其中有很多共性,当感染细胞刺激CTL免疫细胞的产生项以抽象函数给出的时候也能得到部分结果,于是建立了一类具有一般形式的CTL免疫反应的病毒感染模型,给出了相应的阈值,通过分析R0的形式发现,随着自调节免疫值的增大,R0的值将变小。通过构造Lyapunov函数,证明了当R0<1时,无病平衡点全局渐近稳定,当R0>1时,证明了存在唯一的正平衡点,利用Routh-Hurwitz判据,得出正平衡点局部渐近稳定。  以上研究不仅涉及生物动力系统的有关理论,在进行数值模拟分析中也涉及算法理论,并应用数学软件完成了有关的模拟和计算。
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