传染病数学模型-
传染病传播的数学模型(一)
传染病传播的数学模型（一）引言概述：传染病的传播过程是一个复杂的系统，受到众多因素的影响。
为了对传染病的传播进行有效预测和控制，数学模型方法被广泛运用。
本文将探讨传染病传播的数学模型，分析其原理和应用。
正文内容：一、基本传染病传播模型1. 疾病的基本参数\t\t- 感染率\t\t- 恢复率\t\t- 接触率2. SIR模型\t\t- 模型基本假设\t\t- 方程形式\t\t- 模型解释与应用3. SEIR模型\t\t- 模型引入潜伏期因素\t\t- 方程形式\t\t- 模型优势与应用二、复杂传染病传播模型1. 非线性传染模型\t\t- 模型引入非线性因素\t\t- 方程形式\t\t- 模型解释与应用2. 空间传播模型\t\t- 模型引入空间因素\t\t- 方程形式\t\t- 模型优势与应用3. 多层次传播模型\t\t- 模型引入多层次因素\t\t- 方程形式\t\t- 模型解释与应用三、数学模型的参数估计和敏感性分析1. 参数估计方法\t\t- 极大似然估计法\t\t- 贝叶斯估计法2. 敏感性分析方法\t\t- 局部敏感性分析\t\t- 全局敏感性分析3. 参数估计与敏感性分析的应用案例四、数学模型在传染病控制中的应用1. 疫苗接种策略的优化\t\t- 预防性接种策略\t\t- 应急接种策略2. 隔离措施的决策分析\t\t- 隔离范围与强度的优化\t\t- 隔离时机的确定3. 传染病传播风险评估\t\t- 传播风险模型构建\t\t- 风险评估结果分析五、数学模型的局限性与发展方向1. 假设限制与误差影响2. 模型参数难以确定的问题3. 多个传染病因素交互作用的挑战4. 模型预测精度的提升策略总结：传染病传播的数学模型为我们提供了预测传染病传播趋势、指导防控措施的重要工具。
通过基本传染病传播模型的分析，我们可以更好地理解疾病传播的机制；复杂传染病传播模型的研究则能更准确地预测传播规律。
参数估计和敏感性分析为模型应用提供了优化手段，并在疫苗接种、隔离措施和传播风险评估等方面发挥重要作用。
数学建模之传染病模型
第五章 微 分 方 程 模 型如果实际对象的某特性是随时间（或空间）变化的，那么分析它的变化规律，预测它的未来性态时，通常要建立此实际对象的动态模型，这就是微分方程模型.§1 传 染 病 模 型建立传染病的数学模型来描述传染病的传播过程，分析受感染人数的变化规律，预报传染病高潮的到来等，一直是各国有关专家和官员关注的课题.考虑某地区的传染病的传染情况，设该地区人口总数为N ，既不考虑生死，也不考虑迁移，时间以天为计量单位.一. SI 模 型假设条件：1. 人群分为易感染者(Susceptible )和已感染者(Infective )两类人，简称为健康人和病人，在时刻t 这两类人在总人数中所占比例分别记作()t s 和()t i .2. 每个病人每天有效接触的平均人数是λ(常数)，λ称为日接触率，当病人与健康人有效接触时，使健康者受感染变为病人.试建立描述()t i 变化的数学模型.解： ()()1=+t i t s ()()N N t i N t s =+∴由假设2知，每个病人每天可使()t s λ个健康者变为病人，又由于病人数为()t i N ，∴每天共有()()t i N t s λ个健康人被感染.于是i s N λ就是病人数i N 的增加率，即有i s N dt di Nλ=………………………………………………(1) i s dtdi λ=∴ 而1=+i s .又记初始时刻(0=t )病人的比例为0i ，则()()⎪⎩⎪⎨⎧=-=001i i i i dt di λ 这就是Logistic 模型，其解为 ()t e i t i λ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=1111［结果分析］作出()t t i ~和i dt di ~的图形如下：1. 当21=i 时，dt di 取到最大值m dt di ⎪⎭⎫ ⎝⎛，此时刻为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-11ln 01i t m λ2. 当∞→t 时，1→i 即所有人终将被传染，全变为病人（这是不实际的）.二. SIS 模 型在前面假设1、2之下，再考虑病人可以医治，并且有些传染病如伤风、痢疾等愈后免疫力很低，可以假定无免疫性，于是病人被治愈后变成健康者，健康者还可以被感染再变成病人，此模型称SIS 模型.假设1、2同SI 模型，增加假设:3. 病人每天被治愈的人数占病人总数的比例为μ，称为日治愈率.病人治愈后成为易感染者（健康人）.显然μ1是这种传染病的平均传染期.解：在假设1、2、3之下，模型（1）修正为i N i Ns dtdi N μλ-= 于是 ()()⎪⎩⎪⎨⎧=--=001i i i i i dt di μλ解得()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+≠⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-=--- ＝ －μλλμλμλλμλλμλ,1,11010i t e i t i t ［结果分析］1. 令μλσ=. 注意到λ和μ1的含义，可知σ是一个传染期内每个病人有效接触的平均人数，称为接触数.()⎪⎩⎪⎨⎧-=∞ 011σi 11≤>σσ1-2. 接触数1=σ是一个阈值.当1≤σ时，病人比例()t i 越来越小，最终趋于零.当1>σ时，()t i 的增减性取决于0i 的大小，其极限值()σ11-=∞i .3. SI 模型是SIS 模型中0=μ的情形. 三. SIR 模 型大多数传染病如天花、流感、肝炎、麻疹等治愈后均有很强的免疫力，所以病愈的人既非健康者,也非病人,他们已经退出传染系统，此时模型的假设为1.人群分为健康者、病人和病愈免疫的移出者三类，称为SIR 模型.三类人在总人数N 中占的比例分别记作()i s 、()t i 和()t r .1. 病人的日接解率为λ，日治愈率为μ（与SIS 模型相同），传染期接触数为μλσ＝.解：由假设1，有()()()1=++t r t i t s 0=++∴dtdr dt di dt ds 由假设2，得i N dt dr N μ= N i N i s dt di N μλ-= ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==∴i i s dtdi i dt dr μλμ 又设()()()00,0,000===r i i s s 于是()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-=-=00s 0s ,0i i i s dt ds ii s dt di λμλ (2)我们在相平面上来讨论解的性质.相轨线的定义域为(){}1s ,0,0s ,s ≤+≥≥=i i i D 由(2)式消去dt ，得⎪⎩⎪⎨⎧=-==0s s 01s 1s i i d di σ 这里 μλσ= 解得()000s s ln 1s -i s σ++=i ………………………………………(3) 在定义域D 内，(3)式表示的曲线即为相轨线..。
传染病数学模型
' x1 = f ( x1 , x2 ) ' x2 = g ( x1 , x2 )
f , g 是非线性，这时应用泰勒公式，只保留其线 是非线性，这时应用泰勒公式，
性主部，而这时的新方程和原来的方程有相同的稳定性。 性主部，而这时的新方程和原来的方程有相同的稳定性。 当特征根为负数或者有负实部时， 当特征根为负数或者有负实部时，该点为稳定 否则该点为非稳定点。 点，否则该点为非稳定点。
传染病模型 稳定性理论
传染病的随机感染模型
在人群中有病人(带菌者 和健康人 易感人群)， 在人群中有病人 带菌者)和健康人 易感人群 ， 带菌者 和健康人(易感人群 任何两个人之间的接触都是随机的。 任何两个人之间的接触都是随机的。当然健康人 与非健康人之间的接触时是否被感染也是随机的。 与非健康人之间的接触时是否被感染也是随机的。 这时如何估计平均每天有多少健康人被感染？ 这时如何估计平均每天有多少健康人被感染？
1 λ λ di [ )e − ( λ − µ ) t ]−1 , λ ≠ µ +( − = i λ (1 − i ) − i µ i0 λ − µ λ−µ dt i (t ) = 1 −1 i (0) = i0 (λ t + ) , λ = µ i0
1
1 1 −1 = 0 ⇒ s = σs σ 1 ds 1 s0 > = −1 < 0 σ di σ s 1 s= i 达到最大值
则 i 先单调递增
s< 1
σ
σ
i 减小且趋向于零
ds 1 di = σ s − 1 i s = s = i0 0
s0 ≤
dr = iµ dt ds = −λ si dt
基本数学模型-传染病模型
• 现有数据显示，天花的 值较小，麻疹等传染
病的 值较大，目前全世界已消灭天花疾病
17
模型验证
•
孟买某岛（1905.12.17-1906.7.21）
（
Kermack,McKendrick,1926）
• 该岛上80%－90%的感染者死亡，
dS dt dI dt
SI SI
I
视为移出者
• 在疾病传播期内所考察地区总人数 N 保持不变
• t 时刻易感者和感染者人数所占比例分别为 S(t)
和 I (t) ，S(t) I (t) 1 • 每个感染者单位时间内可使数量为 N 的人受到
感染，其中易感者数量为 NS ， 称为有效接触率
3
SI模型
N dI NSI dI I (1 I ) 1 dI dt
Jules Henri
Aleksandr
Poincaré
Mikhailovich
（1854－1912） 法国数学家、
Lyapunov （1857－1918）
物理学家
苏联数学家、 物理学家
11
自治系统
• 记 x (x1, x2 )T，F(t, x) ( f1(t, x), f2 (t, x))T，一阶常 微分方程组 dx F(t, x)称为自治（autonomous）
• III. Further Studies of the Problem of
电磁场理论，DNA双
Endemicity, 141, 94-122, 1933
螺旋结构等重要论文
均发表在该刊上
2
基本假设
• 人群分类
• 易感者（Susceptible）：易受疾病感染但尚未发病 • 感染者（Infective）：已感染且具传染性
传染病的数学模型
传染病模型详解2.2.2 /,SI SIS SIR 经典模型经典的传播模型大致将人群分为传播态S ，易感染态I 和免疫态R 。
S 态表示该个体带有病毒或谣言的传播能力，一旦接触到易感染个体就会以一定概率导致对方成为传播态。
I 表示该个体没有接触过病毒或谣言，容易被传播态个体感染。
R 表示当经过一个或多个感染周期后，该个体永远不再被感染。
SI 模型考虑了最简单的情况，即一个个体被感染，就永远成为感染态，向周围邻居不断传 播病毒或谣言等。
假设个体接触感染的概率为β，总人数为 N ，在各状态均匀混合网络中建立传播模型如下：dS SI dt N I SId tN ββ⎧=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩ 从而得到(1)di i i dtβ=- 对此方程进行求解可得：0000(),01tt i e i t i i i i eββ==-+（） 可见，起初绝大部分的个体为I 态，任何一个S 态个体都会遇到I 态个体并且传染给对方，网络中的S 态个数随时间成指数增长。
与此同时，随着I 态个体的减少，网络中S 态个 数达到饱和，逐渐网络中个体全部成为S 态。
然而在现实世界中，个体不可能一直都处于传播态。
有些节点会因为传播的能力和意愿 的下降，从而自动转变为永不传播的R 态。
而有些节点可能会从S 态转变I 态，因此简单的SI 模型就不能满足节点具有自愈能力的现实需求，因而出现SIS 模型和SIR 模型。
SIR 是研究复杂网络谣言传播的经典的模型。
采用与病毒传播相似的过程中的S ，I ，R 态 代表传播过程中的三种状态。
Zanetee ，Moreno 先后研究了小世界传播过程中的谣言传播。
Moreno 等人将人群分为S （传播谣言）、I （没有听到谣言），R （对谣言不再相信也不传播）。
假设没有听到谣言I 个体与S 个体接触，以概率()k λ变为S 个体，S 个体遇到S 个体 或R 个体以概率()k α变为R ，如图 2.9 所示。
数学建模传染病模型例题
数学建模传染病模型例题一、传染病模型简介传染病模型是数学建模的一个重要分支，主要用于描述传染病在人群中的传播规律。
通过构建合适的数学模型，可以研究传染病的传播动力学、预测疫情发展趋势以及评估防控措施的效果。
本文将重点介绍几种常见的传染病模型及其应用。
二、传染病模型的类型及应用1.SIR模型SIR模型是一种基于微分方程的传染病模型，其中S、I、R分别代表易感者（Susceptible）、感染者（Infected）和康复者（Recovered）。
该模型通过描述易感者感染、感染者康复以及康复者不再易感的动态过程，揭示了传染病在人群中的传播规律。
SIR模型在分析疫情爆发、研究防控措施等方面具有广泛应用。
2.SEIR模型SEIR模型是在SIR模型基础上发展的一种传染病模型，其中E代表潜伏者（Exposed）。
与SIR模型相比，SEIR模型增加了潜伏期这一概念，使得模型更加符合实际情况。
该模型可以用于研究传染病的传播速度、预测疫情发展趋势以及评估疫苗的效果。
3.SI模型SI模型是一种简化的传染病模型，仅包含易感者和感染者两个群体。
该模型适用于分析短期传染病，如流感等。
通过研究易感者与感染者的动态关系，可以预测疫情爆发的时间和规模。
三、传染病模型的参数估计与预测传染病模型的参数估计是数学建模的关键环节，通常采用最大似然估计、贝叶斯估计等方法。
此外，基于传染病模型的预测技术在疫情防控中也具有重要意义。
通过构建时间序列模型，如ARIMA、SVM等，可以预测未来一段时间内疫情的发展趋势。
四、数学建模在传染病防控中的实际应用数学建模在传染病防控中具有广泛应用，如疫情监测、防控措施评估、疫苗研究等。
通过对传染病模型的深入研究，可以为政府部门提供科学依据，协助制定针对性的防控策略。
五、案例分析本文将结合具体案例，如我国2003年非典疫情、2020年新冠肺炎疫情等，详细阐述传染病模型在实际应用中的重要作用。
通过分析案例，可以加深对传染病模型的理解，为今后疫情防控提供借鉴。
传染病数学建模
传染病数学建模
传染病数学建模是一种使用数学方法来描述和预测传染病传播过程的手段。
通过建立数学模型，研究人员可以更好地理解疾病的传播机制，预测其在未来的发展趋势，并为防控措施的制定提供科学依据。
在传染病数学建模中，常见的模型有SIR 模型、SEIR 模型、SEIRS 模型等。
这些模型通过定义不同的状态变量来描述人群中不同个体的状态，如易感者（Susceptible）、感染者（Infected）、康复者（Recovered）等。
然后，通过建立微分方程或差分方程来描述这些状态变量之间的动态关系。
在SIR 模型中，假设人群中只有易感者和感染者两种状态，感染者经过一段时间后会自行康复并获得免疫力。
在SEIR 模型中，增加了“暴露”状态，表示已经接触但尚未表现出症状的个体。
而在SEIRS 模型中，除了“暴露”状态外，还增加了“易感”状态，表示从未被感染过且没有免疫力的人群。
除了以上提到的模型外，还有许多其他的数学模型用于描述传染病传播过程，如基于agent 的模型、网络模型、元胞自动机模型等。
这些模型各有优缺点，需要根据具体的研究问题和数据来选择合适的模型。
总之，传染病数学建模是一种重要的研究手段，可以帮
助我们更好地理解疾病的传播机制和预测未来的发展趋势。
通过建立数学模型，我们可以更好地制定防控措施，减少疾病的传播和影响。
流行病学疾病传播的模型与算法
流行病学疾病传播的模型与算法流行病学是研究疾病在人群中传播和控制的科学领域。
在理解和应对疾病传播过程中，搭建数学模型和使用计算机算法是必不可少的工具。
本文将探讨流行病学疾病传播的模型和算法，并介绍常用的一些方法。
一、传染病的基本传播模型传染病的传播过程可以用基本的数学模型来描述。
最基本的传播模型是SIR模型，指的是将人群分为三个互相转化的类别：易感者（Susceptible）、感染者（Infectious）和康复者（Recovered）。
该模型假设人群总量不变，且人群之间的传播只发生在易感者和感染者之间。
SIR模型的基本方程如下：dS/dt = - βSIdI/dt = βSI - γIdR/dt = γI其中，S是易感者数目，I是感染者数目，R是康复者（也包括被隔离、死亡等）数目，β是感染率，γ是康复率。
该模型构建了易感者和感染者之间的传染关系，以及感染者向康复者的状态转变。
二、改进的传播模型虽然SIR模型在描述传染病传播的基本趋势方面具有一定的效果，但实际的传染病传播过程往往更为复杂。
因此，学者们对SIR模型进行了改进，引入了更多影响因素，以提高模型的准确度。
1. SEIR模型SEIR模型在SIR模型的基础上，引入了潜伏期（Exposed）的概念。
潜伏期是指感染者从被感染到出现临床症状之间的时间段，期间感染者虽然不具有传染性，但仍可能在潜伏期内传播病原体。
因此，SEIR模型通过增加一个潜伏者类别，更准确地描述了传染病的传播过程。
SEIR模型的基本方程如下：dS/dt = - βSIdE/dt = βSI - αEdI/dt = αE - γIdR/dt = γI其中，S、E、I和R分别表示易感者、潜伏者、感染者和康复者的数目，α是潜伏期的逆转换速率。
通过引入潜伏者的类别，SEIR模型能够更好地描述人群中传染病的传播过程。
2. 模型参数的估计与拟合在使用传染病传播模型之前，需要对模型的参数进行估计和拟合。
传染病的数学模型有哪些(一)
传染病的数学模型有哪些（一）引言：传染病是一种对人类健康造成严重威胁的疾病，为了更好地理解和控制传染病的传播过程，研究人员利用数学模型对传染病进行建模和预测。
本文将介绍传染病的数学模型，为了更好地控制和预防传染病的传播提供参考。
正文：1. 推广SIR模型a. SIR模型是一种常见的传染病数学模型，包括易感者（Susceptible）、感染者（Infectious）和康复者（Recovered）三个状态。
b. SIR模型基于一组微分方程进行建模，描述了各个人群状态之间的转化过程。
c. SIR模型可以通过改变参数值来预测和控制传染病的传播速度和范围。
2. 扩展SEIR模型a. SEIR模型是对SIR模型的扩展，引入了潜伏者（Exposed）的概念。
b. 潜伏者是指已经感染病毒但尚未表现出症状的人群。
c. SEIR模型可以更准确地预测传染病的传播速度和范围，尤其对于具有潜伏期的传染病。
3. 基于网络的模型a. 基于网络的传染病模型将人群视为图网络中的节点，节点之间的连接表示传播途径。
b. 网络模型可以更好地考虑人群的空间结构和社交关系对传染病传播的影响。
c. 网络模型常使用随机图、小世界网络或无标度网络等来表示人群间的联系。
4. 多主体模型a. 多主体模型是一种把个体行为和人群行为结合起来的传染病模型。
b. 多主体模型通过建立个体决策规则、交流机制和协调行为，考虑个体之间的相互作用和行为变化。
c. 多主体模型可以模拟人群在传染病传播中的决策行为，为制定个性化的防控策略提供参考。
5. 结合机器学习的模型a. 机器学习模型可以通过学习数据中的模式和规律，对传染病进行预测和控制。
b. 机器学习方法可以结合传染病流行病学和社会行为数据，提高模型的预测准确性。
c. 机器学习模型可以通过监督学习、无监督学习和强化学习等方法，对传染病的传播机制和防控策略进行建模和优化。
总结：传染病的数学模型有多种类型，包括SIR模型、SEIR模型、基于网络的模型、多主体模型和结合机器学习的模型。
传染病中的数学
传染病中的数学传染病中的数学传染病是指能够在个体之间传播的疾病，如流感、麻疹等。
疫苗和药物可以预防和治疗传染病，但数学模型可以帮助我们了解疫情的传播方式，从而制定更有效的防控策略。
以下是传染病中的数学。
一、基本传染病数学模型1、SIR模型SIR模型是描述传染病传播的经典模型，其中S表示易感人群，I 表示感染人群，R表示恢复或死亡的人群。
这个模型的目的是预测不同人群中的人数，以及传染病的传播速度和终止时间。
该模型利用微分方程求解，可以用来评估疫苗接种策略和隔离政策的成效。
2、SEIR模型SEIR模型是SIR模型的扩展，多了一个暴露人群（E）。
在此模型中，被暴露的人需要一定时间才能发病，这可以更准确地描述传播过程。
该模型可以更好地预测COVID-19这种潜伏期比较长的传染病的传播。
二、常用的疫情计算公式1、感染率感染率指的是在一定时间内，感染人群的增加数量与该时间内易感人群的数量之比。
感染率的计算公式为：感染率= 每日新增感染人数/该地区易感人口数× 100%。
2、病死率病死率指在感染人群中因该疾病死亡的人数占比。
病死率的计算公式为：病死率=死亡人数/感染人数× 100%。
三、数学在疫情控制中的应用1、传播速度的估计通过数学模型，可以预测传染病的传播速度和终止时间。
这使得政府可以及时采取针对性的措施，如对疫区的封锁管理、限制人员流动等。
2、分析疫苗接种战略通过比较不同的疫苗接种策略的成本和效益，政府可以制定合理的疫苗接种策略，最大程度地减少疫情造成的损失。
3、评估隔离政策的成效隔离政策对于传染病的传播具有重要的控制作用。
数学模型可以评估隔离政策的成效，从而提高疫情抵御和防控的能力。
总之，传染病中的数学不仅为我们提供了更好的疾病防控方法，而且为疫苗接种、隔离等控制措施提供了依据。
通过数学模型对疫情进行深入研究并制定针对性的策略，可以更好地抵御和控制疾病的传播。
传染病的数学模型(一)
传染病的数学模型（一）引言概述：传染病的数学模型是通过数学方法对传染病的传播过程进行建模和预测的一种方法。
它可以帮助我们理解传染病的传播规律、评估控制措施的有效性，从而指导公共卫生决策。
本文将从概念、数学模型建立、参数估计、应用案例和局限性五个方面阐述传染病的数学模型。
正文内容：一、概念1. 传染病传播过程的基本概念2. 数学模型在理解传染病传播规律中的作用3. 传染病传播的主要途径及其模型4. 传染病的基本流行病学指标5. 常见传染病的数学模型分类及特点二、数学模型建立1. 传染病传播的动力学模型建立过程2. 常见数学模型的基本方程及假设3. 数学模型的参数选择和数据需求4. 模型的数值解和模拟仿真方法5. 模型灵敏度分析和鲁棒性评估方法三、参数估计1. 传染病传播参数的基本概念和估计方法2. 基于数据的参数估计方法及其优缺点3. 遗传算法在参数估计中的应用4. 参数不确定性分析及其影响5. 基于多源数据的参数估计方法及其应用四、应用案例1. 传染病模型在疫情预测中的应用2. 传染病模型在控制措施评估中的应用3. 传染病模型在疫苗接种策略优化中的应用4. 传染病模型在早期预警系统中的应用5. 传染病模型在流行病学调查分析中的应用五、局限性1. 数学模型的假设和简化带来的局限性2. 数据不确定性对模型预测的影响3. 模型的敏感性和鲁棒性问题4. 非线性和时空不均匀性问题的处理5. 模型的外推和推广的合理性评价总结：传染病的数学模型在理解传染病传播规律、预测疫情发展趋势、评估防控措施等方面发挥着重要作用。
通过建立合理的数学模型并进行参数估计，我们能够更好地了解传染病的特点和传播规律，并以此为基础制定出合理的公共卫生决策。
然而，数学模型也存在一定的局限性，需要充分考虑数据不确定性、模型的假设简化以及非线性和时空不均匀性等问题。
因此，在使用传染病的数学模型时，我们需要谨慎并结合其他数据和方法进行综合分析。
传染病的数学模型
传染病模塑洋解2.2.2 snsis,SIR经典模型经典的传播模塑大致将人髀分为传播态S,易感染态/和免挾态R。
S态表示t It 带有病毒或遥言的传播能力，一旦接顒到易感染个U就会以一定闵率导致对方成力传播态。
/表示该个体没有接触U病毒或遥言，容易被传播态个U感染。
R表示当经il-t或多彳、感染周期后，垓fit 永远不再被感染。
s/模里考虑了最简单的怖况，即一个个U值感染，就永远成为感染态，向周围邻居不断传播病毒或遥言等。
假设个体接能感染的忧率为0,思人数为N,在各状态均匀混合网络中建立传播模塑如下:U而得到芈 5（1）dt对此方Silfi求解可得:可见，起初免大跚分的个体为/态，任何一个S态个fi都会遇列/态f体并且传染给对方，网络中的s态个数甌时间应指数用长。
与此同时，顒着/态fit的城少，网络中s态f 数达到饱和，逐渐网络中fit全部应为s态。
然而在观实世界中，fit不可能一頁祁处于传播态。
有些节直会因为传播的能力和恿愿的下酚，从而自动转变为永不传播的尺态。
而有些节点可能会Us态转变/态，因此简单的S/模塑就不能满足节点具有自倉能力的现实需求，因而出观S/S模里和s〃？模型。
SIR是研究复杂网络il言传播的经典的模型。
采用与病毒传播柑皿的过程屮的SIR态代表传播过程中的三种状态。
Zanetee, Moreno先后研究了小世界传播过程中的培言传播。
Moreno等人将人辭分为S （传播端言）、I（设有听到培言）,R （对培言不再相信也不传播）。
假设没有听到遥言/个U与S个体接触，以视率几伙）变为Sf体，S个体谓到5 11$或尺个mni率Q伙）变力/?,如图2.9所示。
建立的平均场方样：-J > = -几(k"(/)s(/)dt< 一a(k)s(t)[s(t) + r(t)]dt,心（0）IS 2.9 SIR樸型的状态转移囹= a(k)s(f)[s(/) + r(0]dt与之前人得到的均匀网络的病毒传播的给沦相反，遥言在均匀网络中传播没有闽値。
数学建模——传染病模型_2022年学习资料
数学模型-模型2-di-dt-=2i1-iLogistic模型-i0=。-it=-1/2-io-tm-t= ,m,dildt最大-人n--tm~传染病高潮到来时刻-t>00→i>1?-2日接触率↓→tm↑-病人可以 愈！-0①
数学模型-模型3-传染病无免疫性一病人治愈成-为健康人，健康人可再次被感染-SIS模型-增加假设-3病人每 治愈的比例为4-4~日治愈率-建模W[it+△t-it]=Wstit△t-uWit△t-di-=2i1-i-入~日接触率-dt-i0=i。-1/μ ~感染期-6-、一个感染期内每个病人的-有效接触人数，称为接触数
数学模型-模型4-传染病有免疫性—病人治愈-SIR模型-后即移出感染系统，称移出者-假设-1总人数N不变， 人、健康人和移-出者的比例分别为it,t,rt-2病人的日接触率2，日治愈率山-接触数σ =入/4-建模-s +it+rt=1-需建立it,St,rt的两个方程-00①
数学模型-模型4-SIR模型-W[it+△t-it]=2Wstit△t-uWit△t-W[st+△t-st =-2Nstit△t-di-E见si-i-=-si-dr-人Z-i0=io,s0=So,i0=0-00①
数学模型-传染病模型-问题-·描述传染病的传播过程-·分析受感染人数的变化规律-·预报传染病高潮到来的时刻 ·预防传染病蔓延的手段-·按照传播过程的一般规律，-用机理分析方法建立模型-00①
数学模型-模型1-已感染人数（病人）t-假设-每个病人每天有效接触-足以使人致病人数为入-建模-it+△t it=入it△t-di-:i-dt-it=ie"-i0-io-0t→00→i→00？-若有效接触的是病人， 必须区分已感染者（病-则不能使病人数增加-人和未感染者（健康人）
传染病数学模型
大规模免疫接种人群中HBV携带率动态变化图
不同接种覆盖率的急性乙型肝炎发病比动态变化图
接种覆盖率(%） 20 40 60 80 100
*
不同接种覆盖率的慢性乙肝发病比动态变化图
接种覆盖率(%) 20 40 60 80 100
*
四、我国吸毒人群HIV/AIDS流行趋势分析 离散型HIV/AIDS传播动力学模型
5
30%的干预措施，现有HIV感染人数与累计HIV感染人数将分别降低25%和20%；
6
70%的干预措施，现有HIV感染人数与累计HIV感染人数将分别降低58%和46%。
模型的补充说明 1）在前面所讨论的传染性系数、吸毒人群的移入率以及共用注射器吸毒者在静脉吸毒人群中所占比例等与行为因素有关的参数，实际情况中可能会随时间的变化而变化，但由于数据资料的限制和缺乏，这些参数在本模型中将做为常数来处理，这就会带来某种程度的不准确。今后，随着有关资料的不断充实，将进一步对这些参数做必要的调整和完善。 2）在本模型中，对于HIV的感染途径来讲，我们仅仅考虑了共用注射器，而没有考虑其他途径（如经性），这样做将会使得所得的结果出现一定的偏差。但是，由于吸毒人群中HIV的感染主要是通过共用注射器，因此，我们这样建模得到的结果基本上能反映实际情况。
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我国HIV数学模型总结和展望
国外已经开展了HIV/AIDS传播动力学数学模型的研究工作，我国在这方面的工作才刚刚起步，很多还停留在理论分析阶段。如何能使建立的模型真正应用于实践，这是一个需要我们不断探索的过程。
反向计算法中有许多不确定性来源： 首先是潜伏期分布中的不确定性，潜伏期分布的估计受流行病学研究中的误差和不确定性的影响，常用灵敏度分析来评价这些不确定性 。 另一问题是报告的疾病发病资料，不同的国家有不同的传染病报告系统，其中有些可能不可靠，报告滞后或不完整时有发生。 还要注意到在上述预测模型中没有考虑从一个社区（国家）到另一个社区（国家）的移民（移入或移出）所产生的影响。 总之，反向计算法仅提供疾病发病和感染流行的粗略（偏低）估计和预测。
数学建模——传染病模型
数学建模——传染病模型数学建模——传染病模型关键词：数学建模，传染病模型，预测，疫情，发展一、引言传染病模型是数学建模中的一个重要领域，旨在通过数学方法描述和预测传染病的发展趋势。
通过建立传染病模型，我们可以了解疾病传播的机制，评估各种干预措施的效果，并为制定有效的防控策略提供决策支持。
二、传染病模型概述传染病模型是基于生物学、流行病学和数学理论建立的，主要考虑个体之间的接触方式和疾病传播的动态过程。
基本的传染病模型通常假设人群由易感者（Susceptible）、感染者（Infectious）和康复者（Recovered）三类组成。
通过分析这三类人群的数量变化，可以揭示疾病传播的规律。
常见的传染病模型包括 SIR 模型、SEIR 模型等。
SIR 模型假设人群分为易感者（S）、感染者（I）和康复者（R），其中感染者与易感者接触后将传染疾病，感染后将进入康复阶段。
SEIR 模型则在 SIR 模型的基础上增加了潜伏期（E），即感染者并非立即变为易感者，而是进入潜伏期，一段时间后才具有传染性。
三、建模方法与步骤1、建立数学模型：根据传染病的基本假设，列出描述疾病传播的微分方程，确定变量及其含义。
2、参数估计：根据历史数据或实验结果，估计模型中的参数值。
这些参数包括感染率、恢复率、潜伏期等。
3、模型求解：通过求解微分方程，得到易感者、感染者和康复者的数量变化情况。
4、模型检验：将模型的预测结果与实际数据进行比较，检验模型的准确性和可靠性。
四、案例分析以某个地区的流感疫情为例，通过建立 SIR 模型预测疫情的发展趋势。
首先，根据历史数据估计模型的参数值，包括感染率和恢复率等。
然后，通过求解微分方程得到易感者、感染者和康复者的数量变化情况。
根据预测结果，可以评估各种干预措施的效果，如隔离、疫苗接种等。
通过比较预测结果与实际数据的差异，可以不断修正和完善模型，提高预测精度。
五、结论传染病模型是数学建模中的一个重要领域，通过建立数学模型描述和预测传染病的发展趋势。
传染病预测模型
传染病预测模型传染病一直是全球关注的重要问题之一，疫情爆发往往给社会和经济带来巨大影响。
为了更好地应对传染病的爆发和传播，科研人员们不断研究各种预测模型，以便能够提前预警和采取有效措施。
本文将介绍一些常见的传染病预测模型及其应用。
1. SEIR模型SEIR模型是一种经典的传染病数学模型，它将人群分为易感者(S)，潜伏者(E)，感染者(I)和康复者(R)四个部分。
通过建立SEIR模型，可以更好地理解疫情传播规律，预测传染病的发展趋势。
该模型在预测新冠疫情期间得到了广泛应用，为疫情控制提供了重要参考。
2. SIR模型SIR模型是另一种常见的传染病预测模型，它只考虑了易感者(S)，感染者(I)和康复者(R)三类人群。
SIR模型简单直观，对于疫情爆发初期的预测效果较好。
不过，SIR模型忽略了潜伏期等因素，因此在某些情况下可能存在一定局限性。
3. 数据驱动的除了基于传统数学模型的预测方法，近年来逐渐兴起了数据驱动的传染病预测模型。
通过挖掘大规模的医疗数据和人群流动数据，结合机器学习和人工智能等技术，可以更准确地预测传染病爆发的可能性以及传播路径。
数据驱动的传染病预测模型在应对复杂多变的疫情形势中表现出色。
4. 网络传播模型随着社交网络的普及和信息传播的加速，网络传播模型也成为一种重要的传染病预测工具。
通过构建社交网络关系图，可以模拟疫情在社交网络中的传播路径，及时识别关键节点和热点区域，实现精准防控。
网络传播模型的出现大大提高了传染病预测的精度和实用性。
5. 多模型集成预测在实际应用中，往往会结合多种传染病预测模型进行集成预测，以提高预测准确度和鲁棒性。
不同模型之间相互印证，可以减少因单一模型偏差而导致的预测错误，为政府部门和决策者提供更可靠的预测结果和建议。
综上所述，传染病预测模型在疫情监测和应对中发挥着重要作用。
不断改进和完善预测模型，结合实时数据和科学方法，将有助于提前发现疫情风险，有效防范和控制传染病的扩散，维护公共健康安全。
数学传染病问题公式
数学传染病问题公式数学传染病模型是用来研究传染病演变的方法，其中包括应用数学方程式来研究传染病的流行病的传播。
在研究传染病的过程中，关键的一步就是需要弄清楚传染病模型中的关键公式。
以下是传染病模型中最重要的一些公式：1.SIRS模型公式：SIRS模型是一种流行病传播模型，它表示一个健康池中的四种状态：易感染（S）、感染（I）、康复（R）和受免疫（T）。
它用来指导传染病流行模拟，它有三个不等式来描述：（1） S+I+R+T=N（2）ds/dt= −βSI+γIR+Π(T)（3）di/dt= βSI−γIR−ξI2.SEIR模型公式：SEIR模型是SIRS模型的改进，它用来描述一种传染病的传染过程并包括四种状态：易感染人群（S）、暴露的人群（E）、感染的人群（I）和康复的人群（R）。
该模型包括四个不等式来描述：（1） S+E+I+R=N（2）dS/dt=-βSI+πE（3）dE/dt=βSI−αE−πE（4）di/dt=αE−γI−ξI3.SIS模型公式：SIS模型是比较简单的传染病模型，其中只包括易感染（S）和感染（I）两种状态，该模型刻画了每个人群中感染者的增长和下降过程。
共有两个不等式：（1） S+I=N（2）dS/dt=-βSI+γI4.SIRS epidemic model：SIRS流行病模型是用来描述传染病流行的最简单模型之一，其中包括四种状态：易感染（S）、感染（I）、康复（R）和受免疫（T）。
它有两个不等式：（1） dS/dt=-βSI+γRT（2）di/dt= βSI−γIR−ξI5.MM1 Queue Model：MM1排队模型是一种标准的排队模型，它可以用来表示传染病的高峰度发生的影响。
它使用Lambert W函数来表达病毒的传播速度，它有两个主要的不等式：（1）dL/dt=−αL+βam(L)（2）da/dt=αL−βam(L)M(L)表示Lambert W函数。
综上所述，上述就是传染病模型中重要的一些公式，它们可以用来模拟传染病的流行趋势，这些公式也被广泛应用于疾病管理和控制策略的研究中，为重要的疾病预防和控制工作提供有用的参考资料。
数学建模传染病模型
常直数至，从此而疾可病以解在释该医地生们s区(t发)消现s失的oe现。1 象r (t )。
k
鉴于在本模型中的r作(t)用 n，1被 i(t) s(t)
infective
医为生揭们示称产为生此上疾述病现在象该的地原区因（3.18）中
的 较第大其的么的（的中阀此所常1值疾有）数。 病 人式通。没。改常kl的有写是引波成一入及：个解到与dd释ti该疾了地k病为i(区种s什类 )有关的
令：
d 2i dt 2
0
得：
t1
ln co k(n 1)
模型3
将人群划分为三类（见右图）：易感染者、已感染 者和已恢复者（recovered）。分别记t时刻的三类人数为 s(t)、i(t)和r(t)，则可建立下面的三房室模型：
di
dt
ksi
li
l
称为传染病恢(1)复系数
dr
dt
li
(2)
（3.18）
模型1 设某地区共有n+1人，最初时刻共有i人得病，t时刻已
感染（infective）的病人数为i(t)，假定每一已感染者在单位 时间内将疾病传播给k个人（k称为该疾病的传染强度），且 设此疾病既不导致死亡也不会康复
则可导出：
di
dt
ki
i(o) io
故可得： i(t) ioekt
（3.15）
解得： 其中：
i(t)
co
n
co (n 1)ek(n1)t
1 io
coek
(n1)t
1 io
（3.17）
统计结果显示，(3.17)预报结果比(3.15)更
接近实际情况。医学上称曲线 为t ~传d此i 染值与病传曲染病的实际高峰期非常
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• 模型参数定义如下：λ(a,t)为感染力；为从潜隐 期到短期HBV病毒血症的转变率；β(a)为从病毒血症 转变成HBV慢性携带的风险度；ε为从短期HBV病毒血 症到免疫者的单位时间转变率；υ(a)为HBV慢性携带 者的HBV清除率；τ(a)为HBV相关疾病的死亡率； μ(a)为与HBV无关疾病的年龄别死亡率；Vc(a,t)为 乙型肝炎疫苗免疫效果。按年龄构建的HBV房室模型 可写为 ：
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五、西昌市静脉吸毒人群HIV/AIDS流行趋势
• 连续型HIV/AIDS传播动力学模型
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25
• 变量和参数的含义
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• 参数及初始值的确定
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• 基本再生数
R 0 kbD
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• 数值模拟结果
初始时间选为2002年，终止时间选为2010 年。数值模拟结果见图（在图2.1中，30％ 或70％的干预表示传染性系数降低30％或 70％；在图2.2中，30％或70％的干预表示 共用注射器比例降低30％或70％。同时， 干预的时间定为2003年底）。
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在前面所讨论的传染性系数、共用注射器吸毒者所 占比例、吸毒人群的移入率等与行为因素有关的参数中， 无论是数值的确定还是变化规律的确定，都隐含着这样 一些前提条件：随着时间的推移，影响这些参数的社会 因素的变化是不大的。如果影响这些参数的社会因素在 未来几年变化较大，我们所确定的这些参数的数值或变 化规律将不再适用。 在参数的确定过程中，由于参考资料的缺乏，有些 参数的取值与实际情况相比会存在一定的差异。今后， 随着参考资料的不断充实和一些统计结果的出现，我们 将会对一些参数做必要的调整和完善。 在本模型中，我们仅仅考虑了共用注射器，而没有 考虑其他途径（如经性），这样做将会使得预测的结果 存在一定的偏差。
2
一、流行动态的估计和预测:反向计算 法
反向计算法（back-calculation）是一种 利用某传染病感染与发病间潜伏期的信息、 通过观察得到的疾病发病率、估计继往感染 率的方法。理论上它可以用于任何传染病， 但最早由Brookmeyer和Gail提出用于AIDS 流行病学研究，现已广泛应用于此领域。
3
其基本思想是运用由t时刻的期望累积病例数 A(t) 、s时刻的感染率g(s)和潜伏期分布函数F(t) 构成的卷积方程，即
A ( t ) 0 g ( s ) F ( t s ) ds
t
如果病例数A(t)已知（可从疾病报告获得）， 且潜伏期分布F(t)可经流行病学研究估计而得， 那么，通过对方程(1)反卷积可估计感染率g(s)； 如果已知感染率g(s)和潜伏期分布F(t)，那么病例 数A(t)可用卷积方程(1)估计或预测。 参数：每年AIDS报告人数或AIDS死亡报告 人数；每年HIV感染到AIDS或AIDS死亡的潜伏4
• 离散型HIV/AIDS传播动力学模型
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• 变量和参数的含义
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• 参数及初始值的确定
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• 数值模拟结果
数值模拟初始时间选为1998年，终 止时间选为2010年。并且采取下面3种数 值模拟方案：
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• 模型的补充说明
在上述的3种方案中我们认为方案2的结果是比较合 适的。这样认为是基于以下的2点理由。 第一，按照方案2模拟时，1998年累计和现有感染 人数分别取为27.0和20.7万。而据我国专家估计1998 年我国累计感染人数为40万，其中静脉吸毒者所占的 比例为69.4％，因此可得出累计静脉吸毒人数约为28 万，进而可得出现有静脉吸毒人数约为21.5万。 第二，专家估计2002年我国累计感染人数为100万， 其中静脉吸毒者所占比例约为60％，也就是说静脉吸 毒感染者累计约60万，与我们预测的56.2万虽有一定 差距，但还是比较接近；另外，有关专家测算我国现 有感染者约为84万，其中静脉吸毒者所占比例约为44 ％，即静脉吸毒感染者约有37万，与我们预测的39.4 万比较接近。
I (a , t ) t
V C ( a , t ) S ( a , t ) T ( a , t ) ( a )C ( a , t ) ( a ) I ( a , t )
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• 通过流行病学调查资料估计出模型中的各 个参数之后，对上述微分方程积分可以求 得在年龄a、时间t时各个变量S(a,t)、 L(a,t)、T(a,t)、C(a,t)和I(a,t)的函数 值。这些数值既可描述疫苗接种前人群中 HBV的动态传播过程，也可以预测不同接种 覆盖率VC(a,t)时免疫后人群HBV的变化趋 势，从而评价乙肝疫苗免疫的远期效果。
3）由数值模拟所得到的HIV感染人数（现有与 累计），可能会由于初始值、传染性系数、吸毒 人群的移入率以及共用注射器吸毒者在静脉吸毒 人群中所占比例取值的不准确而带来一定的误差。 但是，针对这些参数选取不同的数值进行数值模 拟后发现，采取相同力度的干预措施所达到的效 果对参数值的选取不太敏感，因此，这在一定程 度上说明了采取某种力度的干预措施所达到的效 果的可靠性与准确性。
反向计算法中有许多不确定性来源：
• 首先是潜伏期分布中的不确定性，潜伏期分布的 估计受流行病学研究中的误差和不确定性的影响， 常用灵敏度分析来评价这些不确定性 。 • 另一问题是报告的疾病发病资料，不同的国家有 不同的传染病报告系统，其中有些可能不可靠， 报告滞后或不完整时有发生。 • 还要注意到在上述预测模型中没有考虑从一个社 区（国家）到另一个社区（国家）的移民（移入 或移出）所产生的影响。 总之，反向计算法仅提供疾病发病和感染流行的 粗略（偏低）估计和预测。 5
在早期，CD4细胞计数是最重要的研究HIV感染自然 史和评价治疗效果的生物标记物，近来HIV 病毒负荷成 为研究中新的焦点，但经过小的修正后，CD4T细胞计数 的建模方法学即可应用于病毒负荷的建模。一种考虑变 量误差的线性混合效应模型来拟合CD4细胞轨迹，即
i = 1,…,n, 其中，矩阵Xi和Zi由于依赖各时间观察测量值而受测量 误差的影响，为总体参数，βi为服从独立同正态分布 的个体随机效应，它与同样服从独立同正态分布的i相
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从降低传染性系数的角度来讲: 30%的干预措施，现有HIV感染人数与累计HIV 感染人数将分别降低34%和26%；基本再生数为 1.50>1 70%的干预措施，现有HIV感染人数与累计HIV 感染人数将分别降低67%和52%。基本再生数为 0.64<1 从降低共用注射器比例的角度来讲: 30%的干预措施，现有HIV感染人数与累计HIV 感染人数将分别降低25%和20%； 70%的干预措施，现有HIV感染人数与累计HIV 感染人数将分别降低58%和46%。
T (a , t ) a C (a , t ) a
I (a L ( a , t ) [ ( a ) ( a )] T ( a , t )
C (a , t ) t
( a )T ( a , t ) [ ( a ) ( a ) ( a )] C ( a , t )
互独立。其基本思想是将总体CD4细胞曲线分解成两部 分：总体效应和个体随机效应。由于治疗可在很大程度 上影响生物标记物的改变和疾病进程，因此如何建立处 于有效治疗之下传染病的自然史或临床病程模型是一个 巨大的挑战。 7
y i X i Z i i i
三、流行传播的确定性模型
• 标准的流行传播确定性模型为房室模型 (compartment model)。 • 以乙型肝炎病毒（HBV）在人群中的感染和传 播为实例，建立动态模型。按照乙型肝炎感染 传播的特征可以把人群划分为五个部分：(1) 易感者，S(a,t)；(2)潜隐者（从感染发展为 传染的时期），L(a,t)；(3)HBV短期携带者， T(a,t)；(4)慢性HBV携带者，C(a,t)；(5)免 疫者，I(a,t) 。这里，“a”代表年龄，“t” 代表随访观察的年数。
传染病数学模型的应用
中国疾病预防控制中心 性病艾滋病预防控制中心 汪宁
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概 述
20世纪以来，传染病的防制工作取得重大进 展，但理解和控制传染病的传播仍是公共卫生的 重要问题。目前，传染病研究面临的挑战包括： （1）如何评估传染病在人群中的流行； （2）如何理解疾病感染和传播的机制； （3）如何评价干预措施的效果。 运用数学模型的方法，准确评价和预测传染 病的流行动态有利于卫生保健部门提前作出正确 的决策，合理分配资源，有效地预防和控制疾病 的传播，同时也可以警示某传染病的严重程度， 引起公众对疾病危险性的认识。
不同接种覆盖率的慢性乙肝发病比动态变化图
发病比 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 接种时间(年)
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接种覆盖率(%) 20 40
60 80 100
四、我国吸毒人群HIV/AIDS流行趋势分析
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大规模免疫接种人群中HBV携带率动态变化图
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不同接种覆盖率的急性乙型肝炎发病比动态变化图
发病比 1.2 1.0 0.8
接种覆盖率(%）
0.6
20
0.4
40
0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 接种时间(年)
60 80 100
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• 计算方法 最小二乘方法，令
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• 数值模拟结果
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七、利用横断面调查资料计算HIV新发感染率
• 其一是反向计算法。基本思想是认为当前的AIDS的发病 趋势能反映出若干年前的HIV感染趋势。因此，如果 AIDS的发病率和HIV潜伏期的概率分布能够知道的话， 与此相对应的若干年前的HIV新发感染率就可求出。但 是，用这种方法得到的结果准确性与AIDS的发病率和 HIV潜伏期概率分布的准确性相联系。 • 其二是数学模型法。这其中最简单的一类就是假设人群 中的HIV新发感染率不随时间变化，以及人群（主要是 年轻人）中的HIV感染率关于年龄是线性递增的，从而 回归曲线的斜率就可粗略地看作HIV新发感染率，但这 往往与很多实际情况不相符合。因此，一些研究工作将 人群中总的HIV感染率不随时间变化这一基本假设去掉， 39 考虑了HIV感染率随时间变化的情况。