基于复杂网络的疫情传播SEIAR模型及COVID-19防控效果评估

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近年来由传染病引发的重大突发疫情对人类生命健康和社会经济发展造成了严重的威胁,对世界各国的公共卫生安全提出了严峻挑战。在疫情爆发初期病毒传播迅猛,同时由于疫苗研制程序复杂,短期内无法研制出有效疫苗。因此研究病毒传播规律,掌握传染病疫情传播趋势,进而采取有效的防控措施遏制疫情蔓延也就变得十分重要。本文研究复杂网络中疫情传播动力学模型和新冠疫情中防控措施的评估。在模型构建方面,本文基于新冠病毒传播的两大特征:潜伏期具有传染性和传播过程存在部分无症状感染者,分别在WS小世界网络和BA无标度网络中构建了SEIAR(Susceptible-Exposed-Infected-Asymptomatic infected-Removed)动力学传播模型,利用下一代矩阵法计算得到模型在两种复杂网络中的基本再生数。在复杂网络模型上设计随机数值模拟算法,分析了不同网络拓扑结构、传染率和网络初始状态对病毒传播的影响。在防控措施评估方面,将我国抗击新冠肺炎疫情的历程分为应急阶段和常态化阶段,并系统性地将我国各阶段采取的关键性防控措施抽象到复杂网络模型中,通过模型仿真评估各项措施的有效性。最后,综合比较各项措施的效果,得出有效应对重大突发疫情防控策略与建议。研究结果表明:(1)病毒在无标度网络中传播迅猛,在小世界网络中比较“温和”;(2)降低潜伏者和无症状感染者的传染率对于遏制疫情的蔓延更为有效;(3)采取全局性防控措施以降低社会中的人员接触密度在小世界网络中更有效;(4)控制一些关键性社交范围广的人员在无标度网络中极其有效,而在小世界网络中几乎无效;(5)采取预防性防控措施,可以为调配防疫资源,实施其他防控措施提供更充足的反应时间。我国采取的各项防疫措施有效阻断了新冠疫情的传播趋势,有力保障了我国人民生命健康安全和经济社会的发展。本研究为我国常态化疫情防控提供理论支撑,为其他国家的抗疫提供指导建议,同时本文在模型上进一步丰富了我国在传染病传播趋势方面的研究,为国内学者研究疫情传播提供了可以借鉴的新思路。
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