艾滋病数学建模.doc

模型的建立1. 建模思想建立HIV/AIDS的传播模型，利用模型对不同控制措施下的感染情况进行预测。 对AIDS建立模型应考虑一下方面因素：1) 传染病的一般传播原理；2) AIDS的特殊性，例如从感染病毒到发病，其潜伏期不定，且潜伏期期间没有明显症状，一旦感染将不能治疗痊愈；3) 艾滋病感染人群层次广泛，包括各个阶层，知识分子，农民，学生等，在吸毒人群，嫖客人群，暗娼人群等高危人群中流行更为广泛；4) 每年新出生人口中会有艾滋病感染者；5) 每年都有一般人群通过不同途径进入高危人群，成为易感人群；6) 艾滋病感染者是否具有较高的道德修养，发现自己感染后能否控制自己的行为，不传染给其他人；7) 感染艾滋病后，二次感染的可能性；8)国家采取一些措施，例如加大对艾滋病知识的宣传，发放避孕套等，对高危发病人群的影响。考虑这些方面，进行条件的合理假设和参数确定。2. 假设条件1） 研究高危人群，主要包括吸毒人群，嫖客人群，暗娼人群；2） 一个艾滋病病人被感染后不会被二度感染；3） 假设一个艾滋病病毒感染者具有较高的道德修养，自己感染后不会再传染他人即不考虑对周围人群的影响；4） 假设HIV的潜伏期为8年。3. 参数确定1) 针对艾滋病的特点，我们将人群分为三类：S：易感者(susceptible)，即未感染HIV病毒的健康人，但有可能被感染的人；E：潜伏着(exposed)，已经感染HIV病毒，但未被发现，仍处于潜伏期者；I：患病者(infectious)，感染HIV病毒，有明显的发病症状，到医院注册治疗者。t时刻以上各类人数分别用S(t)，E(t)，I(t)表示，用N(t)表示t时刻人口总规模N(t)= S(t)+E(t)+I(t)2) p -每年新出生人口中HIV病毒携带者所占比例3) -感染率，即单位时间内一个病毒携带者对易感人群的感染率4) b -自然出生率5) d -自然死亡率6) k -每一年进入与退出高危人群的比例之差7) -处于潜伏期的病人的每年发病率8) -每年因艾滋病死亡的死亡率4. 模型的建立根据艾滋病的流行规律，易感者受到感染后先变为潜伏着，潜伏者发病后变为感染者，感染者转变为移出者，不属于我们模型的考虑范围。建立SEI（有垂直感染且有输入输出）模型，建立如下仓室转移框图：SIE其中：每年新增的易感者；：每年进入与退出高危人群人数之差；：每年易感者的自然死亡数；：表示新增患者人数；：出生就是HIV感染者的人数；：HIV感染者成为艾滋病病人的人数；：在潜伏期就死亡的人数：自然死亡的让人数；：因HIV死亡的人数；5. 建立微分方程：对上述模型进行离散就可以得到差分方程：假设t=0时，取来自于中国卫生部1993年的数据即可以得出：1）根据中国卫生部的统计资料可得；2）根据中国统计的数据得出中国每年自然出生率和自然死亡率分别为：b=1.3464%，d=0.6432%;3）由前面的假设条件中潜伏期平均为8年，所以通过数学概率可以算的每年的发病率为；4）根据WHO统计数据，全世界每年有2400万感染HIV的妇女生产，导致每年60万婴儿感染HIV，因此，可以得出每年出生的婴儿中艾滋病患儿的比例为p=；5）通过中国卫生部每年的艾滋病死亡率的数据，可以得到；6）通过对1993到2000年实际感染人数与公式得的数据进行拟合得出。6. 编程求解：假设未来7年，即估算到2000的数据， k=0.1,用MATLAB软件编写代码如下：b=0.013464;d=0.006432;p=0.025;gama=0.1926;beta=0.05;epsi=0.125;c=0.045; S(1)=565133;E(1)=1243;I(1)=36;k=0.8;for t=1:7 N(t+1)=S(t)+E(t)+I(t); S(t+1)=S(t)+(1-p)*b*N(t)-d*S(t)-(beta*S(t)*E(t)/(1+c*S(t)1.2)+k*S(t); E(t+1)=E(t)+p*b*N(t)+(beta*S(t)*E(t)/(1+c*S(t)1.2)-d*E(t)-epsi*E(t); I(t+1)=I(t)+epsi*E(t)+d*I(t)-gama*I(t); S,E,I,Nend输出数据：S = 1.0e+006 * 0.5651 0.6253 0.6912 0.7640 0.8444 0.9334 1.0317 1.1404E = 1.0e+003 *1.2430 1.3676 1.4838 1.6118 1.7525 1.9071 2.0770 2.2637 1.7151I = 36.0000 184.6730 321.2396 446.9100 5