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用C++编写的SIS疾病传播模型模拟

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简介:
本项目使用C++编程语言开发了一个关于Susceptible-Infected-Susceptible(易感-感染-易感)疾病的传播模型的计算机仿真程序,旨在研究和预测传染病在人群中的扩散模式及影响。通过调整不同参数如传染率与恢复率,用户能够模拟疾病爆发的不同情景,并评估防控措施的效果。此工具对于公共卫生政策制定具有重要参考价值。 用C++编写的SIS疾病传播模型可以直接读取路径下的TXT文件,该文件只需存储边的信息即可。

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客服
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  • C++SIS
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    本项目使用C++编程语言开发了一个关于Susceptible-Infected-Susceptible(易感-感染-易感)疾病的传播模型的计算机仿真程序,旨在研究和预测传染病在人群中的扩散模式及影响。通过调整不同参数如传染率与恢复率,用户能够模拟疾病爆发的不同情景,并评估防控措施的效果。此工具对于公共卫生政策制定具有重要参考价值。 用C++编写的SIS疾病传播模型可以直接读取路径下的TXT文件,该文件只需存储边的信息即可。
  • 预测.rar预测.rar预测.rar
    优质
    本资源包含一个用于预测疾病的数学模型,旨在通过分析个人健康数据和生活习惯来评估患病风险,有助于早期预防与干预。 疾病预测.rar包含了用于预测疾病的模型和数据。文件内详细介绍了如何利用机器学习方法进行疾病风险评估,并提供了相应的代码示例和实验结果分析。此资源对于研究者、医生及对健康数据分析感兴趣的个人具有重要参考价值。
  • Python了新冠状毒疫情程序
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    该简介描述了一个利用Python编程语言开发的新型冠状病毒疫情传播模型。此模型旨在通过计算机仿真研究新冠病毒在人群中的扩散情况,以帮助研究人员和政策制定者理解并预测不同干预措施的效果。 病毒传播仿真程序可以用 Python 实现。 概述 B 站 UP 主 @ele 实验室制作了一个简单的疫情传播模拟程序,强调了居家隔离的重要性,并且公开了源码。 由于该程序是用 Java 编写的,起初我并未特别关注。后来看到有人解析代码后发现我也能理解其中的内容,于是开始思考如何使用 Python 来实现类似的功能。 Java 版程序浅析 在 Java 版的模拟中,每个人被表示为一个包含(x, y)坐标的点,并且每个个体有一个状态。 ```java public class Person extends Point { private int state = State.NORMAL; } ``` 在这个模型里,每一轮迭代都会更新每个人的坐标和状态。
  • Python了新冠状毒疫情程序
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    简介:本项目使用Python编程语言开发了一款针对新型冠状病毒(COVID-19)传播过程进行仿真和预测的应用程序,旨在帮助研究者、政策制定者及公众更好地理解疫情的发展趋势与防控措施的有效性。通过精确的数学模型和算法模拟病毒在不同人群中的扩散情况,该程序为评估公共健康策略提供了宝贵的工具。 ### Python 新型冠状病毒疫情传播模拟程序 #### 背景与意义 随着全球各地对新冠病毒的研究不断深入,各种模型和技术被应用于理解和预测疫情的发展趋势。其中,计算机模拟成为了一个重要的工具,它可以帮助研究人员、公共卫生专家乃至普通大众更好地理解病毒传播的机理及其控制策略的效果。本篇介绍的Python程序即为一种模拟新型冠状病毒疫情传播的方式。 #### 程序简介 此程序由B站UP主@ele实验室首先发布,原版采用Java编写。该程序通过模拟个体之间的交互过程来展示病毒是如何在一个群体中传播的,并强调了隔离措施对于遏制疫情的重要性。鉴于Java版源码已经公开,许多开发者开始尝试使用其他编程语言进行重写或优化,其中包括Python版。 #### Java 版本分析 在Java版本中,程序的核心在于`Person`类的设计。每个`Person`对象代表模拟中的一个个体,具有位置坐标(x, y)和状态等属性。状态主要包括正常状态、感染状态等,这些状态的变化受到一定规则的约束。例如,当某人被感染后,经过一段时间可能会康复或进入另一种状态。程序的主要逻辑是通过循环迭代每个人的状态并进行相应的操作,如移动、状态变化以及影响周围的人等。 具体来说,在每一轮迭代中,程序会检查每个人的状态,并根据其当前状态执行不同的动作: 1. **移动**:模拟个体在空间中的移动行为。 2. **状态变化**:根据预设的规则(比如感染概率、恢复时间等),改变个体的状态。 3. **影响他人**:如果个体处于感染状态,则有可能将病毒传染给附近未受感染的个体。 #### Python 版本设计思路 Python版本的目标是在保持Java版本核心逻辑的同时,利用Python的强大库支持来提高效率和简化代码。主要改进点包括: - **使用NumPy处理数组**:NumPy库提供了高效的数组操作能力,可以显著加快计算速度。 - **利用Matplotlib绘制图形**:可视化结果,使模拟过程更加直观。 ##### 定义`People`类 为了组织和管理模拟过程中的个体,定义了一个`People`类,其中包含了一些初始化方法和用于更新状态的方法。 - `__init__` 方法用于初始化`People`对象,设置人数、初始感染者数量等参数。 - `init` 方法创建一个二维数组来存储所有人的坐标,并调用`reset`方法设置初始状态。 - `reset` 方法初始化状态数组和计时器数组,并随机选择一些人作为初始感染者。 - `random_people_state` 方法随机选择指定数量的人并将其状态设置为感染状态。 - `set_state` 方法设置个体的状态并记录状态改变的时间。 ##### 状态管理 通过使用NumPy数组来表示状态和计时器,可以轻松地过滤出不同状态的个体。例如,`healthy` 和 `infected` 属性分别返回健康人群和感染人群的位置坐标。 ##### 模拟迭代 `update` 方法实现了模拟迭代的过程,包括改变状态、影响他人以及移动等操作。具体步骤如下: 1. **改变状态**:根据设定的规则更新每个个体的状态。 2. **影响他人**:感染状态的个体可能会影响周围的个体。 3. **移动**:模拟个体的空间移动。 4. **报告**:输出当前状态,便于观察和分析。 #### 总结 通过上述介绍可以看出,Python版本不仅保留了Java版本的核心逻辑,还通过利用NumPy和Matplotlib等库提高了效率和可视化效果。这种模拟方法不仅有助于学术研究,还可以作为一种教育工具,帮助公众更好地理解疫情防控措施的重要性。此外,Python版本的代码更易于理解和修改,对于初学者来说也是一个很好的学习资源。未来,开发者还可以继续探索更多的优化方法,比如引入更复杂的传播模型或考虑更多影响因素,以进一步提升模拟的真实性和实用性。
  • SIS研究——基于数学建视角
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    本研究通过构建SIS(易感-感染-易感)模型,从数学建模的角度探讨了病毒传播机制及控制策略,为疫情防控提供理论支持。 在数学建模中的病毒传播SIS模型研究第二小题的m文件编写过程中,参考了无标度网络的相关代码。最初进行实验时生成了A、B各3000个节点,并进行了200次重复运算以求平均值。后来有时间对代码进行了简化,在相同的计算条件下,只需要运行365秒,即大约6分钟即可完成任务。有兴趣的读者可以进一步研究这段优化后的代码。
  • SIS分析
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    SIS病毒模型分析探讨了传染病传播动力学中的一个基本模型,该模型适用于研究如流感等可多次感染的疾病。通过数学方法评估病毒在人群中的扩散趋势和控制策略的有效性。 **SIS病毒模型详解** SIS(Susceptible-Infected-Susceptible)模型是流行病学领域常用的一种数学工具,用于分析传染病在人群中传播的动态过程。该模型假设个体处于两种状态:易感者与感染者。具体来说: 1. **基本概念** - 易感者(Susceptible): 指未感染且可能被病毒传染的人。 - 感染者(Infected): 已经受病毒感染并且能够将疾病传播给其他人的个体。 - 传染率(Infection Rate, β):指易感人员接触感染者后患病的概率。 - 康复率(Recovery Rate, μ):感染者恢复健康并重新成为易感者的概率。 2. **模型建立** SIS模型可以通过两个微分方程来描述: \[ \frac{dS}{dt} = -\beta SI + \mu I \] \[ \frac{dI}{dt} = \beta SI - \mu I \] 其中,\( S \) 和 \( I \) 分别表示易感者和感染者数量的比例变化;\( t \) 代表时间。 3. **稳态分析** SIS模型有两个稳定状态:无病平衡点(所有个体都是健康的)以及疾病共存的平衡点。若满足特定条件,即当基本再生数 \( R_0 = \frac{\beta}{\mu} > 1 \)时,传染病会在人群中持续存在;反之,则会消亡。 4. **控制策略** 理解SIS模型可以帮助制定有效的防控措施,如疫苗接种、隔离等。通过提升康复率或降低传染性可以减少基本再生数 \( R_0 \),从而抑制疾病传播。 5. **扩展与应用** 实际中,该模型还可以考虑年龄结构、空间分布等因素进行改进,并被用于研究其他领域的动态过程,例如生物种群的演变和社会行为模式等。 6. **实证研究** SIS模型在分析流感、艾滋病及性传播疾病的流行趋势方面有着广泛的应用。通过调整参数和模拟不同干预措施的影响,可以为公共卫生决策提供科学依据。 综上所述,SIS模型是理解并控制传染病扩散的关键工具之一,并且能够帮助我们深入探索疾病动态机制以及制定有效的预防与应对策略。
  • SI、SIS和SIR预测中
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    本研究探讨了SI、SIS和SIR三种经典数学模型在传染病传播预测中的作用与局限性,并分析其适用场景。 经常使用的三种传染病预测模型是SI、SIR和SIS。这些模型的相关分析可以帮助我们更好地理解不同类型的传染病传播机制。SI模型假设个体一旦感染就会持续具有传染性;SIR模型则包括了易感(Susceptible)、感染(Infected)以及移除(Removed,表示已经康复或死亡且不再有传染性的状态)三个阶段;而SIS模型则是指一个循环的系统,在其中被感染者最终会恢复成易感者。
  • SIS数学MATLAB代码-Stochastic-SIS:采Gillespie算法进行SIS仿真Matlab程序
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    本项目提供基于Gillespie算法模拟SIS(易感-感染)传染病传播过程的MATLAB代码,适用于研究随机环境下疾病扩散的动力学行为。 这些文件是为蒙特克莱尔州立大学数学科学系Eric Forgoston博士指导下的学术研究而创建的。该研究旨在探索“预警信号”的理论及其在具有Allee效应的流行病学和人口模型中的应用,以便研究影响这些动态系统行为的控制机制。存储库中找到的代码(包括MATLAB和FORTRAN版本)遵循SIS(易感-感染-易感)流行病模型。模拟是通过采用Gillespie算法来完成随机流行病数据的生成。 文件Gillespie_SIS_V3是主要的模拟文件,它绘制了模拟结果,并允许用户在特定时间点对总体进行“脉冲”。而Gillespie_SIS_V6与V3相似,但仅用于产生预定数量的时间序列。Gillespie_SIS_V7同样类似于V3版本,但在自相关值达到统计阈值时会自动触发脉冲操作;这是通过读取包含这些预设值的.csv文件来实现的。 此外,“Gillespie_SIS_V5”是Gillespie_SIS_V3在FORTRAN语言中的版本,并且没有实施任何控制措施。
  • MATLAB.zip
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    该资源包包含使用MATLAB编写的传染病传播模型代码,可用于研究和教学目的,帮助理解不同防控措施对疫情的影响。 在传染病建模领域,SIR模型是一种广泛应用的理论框架,用于理解疾病的传播动态。这个MATLAB压缩包提供了基于SIR模型的代码实现,包括SI、SIS和更全面的SIR模型,帮助我们分析传染病如何在人群中的传播。 我们将深入探讨这些模型及其在MATLAB中的实现。SIR模型(易感者-感染者-康复者模型)将人群分为三个类别:易感者(S)、感染者(I)和康复者(R)。易感者可以被感染,感染者会传播疾病,而康复者则不再具有传染性。该模型通过微分方程描述这三个群体随着时间的变化情况。 在MATLAB中,通常使用ode45函数来解决这种常微分方程组。代码定义各个群体的初始数量、疾病传播参数(如感染率β和康复率γ),并设置时间范围后调用ode45求解这些方程。 1. SI模型:在这个模型中,只有易感者和感染者两个群体,并无康复者的概念;感染者可能会死亡或长期携带病毒。MATLAB代码将描述S和I的数量随时间变化及其相互作用。 2. SIR模型:是最基本的模型,包括易感者、感染者和康复者。感染者会恢复并获得免疫力,不再传播疾病。该模型通过计算这三个群体数量的变化以及它们之间转换速率来工作。 3. SIS模型:与SIR类似但康复者不具有长期免疫性,并可再次成为易感者;这使得疾病能在人群中持续循环。 MATLAB代码可能展示了模拟结果的曲线图,包括不同参数变化对模型的影响。通过调整这些参数,我们可以分析各种防疫策略(如社交距离、疫苗接种率)如何影响疾病的传播模式。 为了进一步了解这个模型,可以解压文件查看源代码和截图。代码中包含详细的注释解释了每一步操作的目的及其背后的数学原理。 学习并运行这些代码能够帮助你探索传染病建模的复杂性和实际应用,并为理解和预测疾病传播提供有力工具。
  • MATLAB.rar
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    本资源包含一个使用MATLAB编写的传染病传播模型,用于研究和教学目的。该模型帮助用户理解不同参数变化对疫情发展的影响。 《MATLAB在传染病模型中的应用》 MATLAB(矩阵实验室)是一种强大的数学计算软件,在科研、工程及教育领域得到广泛应用。它因具有优秀的数值计算能力、图形化界面以及丰富的工具箱而在传染病模型研究中备受青睐。本段落将深入探讨MATLAB在构建和分析传染病模型方面的关键作用。 一、传染病模型基础 传染病模型用于理解和预测疾病在人群中的传播趋势,其中经典的SIR(易感-感染-康复)模型最为人熟知。该模型将人口分为三个状态:未感染者(S)、感染者(I)及已恢复者(R)。MATLAB可以帮助我们构建这些模型,并通过调整参数如传染率和康复率来模拟疾病扩散的可能性。 二、MATLAB编程基础 在MATLAB中,利用脚本或函数编写传染病模型代码。首先定义初始状态数量以及疾病的传播与恢复速率等基本参数;接着建立描述各状态随时间变化的微分方程组。使用MATLAB内置的ode45函数可以高效地求解这类常微分方程(ODE)系统。 三、数值求解及仿真 MATLAB中的ode45基于五阶龙格-库塔方法,适用于非线性且高维的微分方程问题。在传染病模型中,我们使用此工具来解析SIR系统的微分方程,并通过设定时间范围和步长获得不同状态变量随时间变化的趋势图。这有助于直观理解模型行为。 四、数据可视化 MATLAB拥有强大的绘图功能,使得将复杂的数据转化为易于理解的图表变得简单。借助plot、semilogy或loglog等函数可以绘制出SIR各状态随时间的变化曲线以及参数敏感性分析的结果图形。此外,通过legend、title和xlabel等功能添加适当的标签与注释可以使图像更具说明力。 五、模型参数敏感度分析 传染病预测结果通常依赖于特定的输入参数选择。MATLAB提供了诸如pilot函数和odeparam等工具来进行系统的扫描测试及灵敏度评估,以确定哪些变量对整体模型输出具有显著影响。 六、实际应用与扩展 除了基础的SIR模型外,MATLAB还能处理更加复杂的传染病传播模式,例如SEIR(易感-暴露-感染-康复)或包含死亡率因素在内的SEIRD等更细致地模拟现实世界中疾病动态变化情况。通过引入额外的状态变量和调整参数值来实现对真实场景下疾病的精确建模。 综上所述,MATLAB为构建、分析及可视化传染病模型提供了一整套解决方案。掌握其应用有助于科研人员与学生更好地理解和预测传染病传播趋势,并能为此类公共卫生决策过程提供科学依据。