双病毒协同传播中的同步现象

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我们身边存在许多非线性现象,得到科研人员的不断关注,包括非线性动力学与复杂网络等在内的非线性科学已经成为解决这些非线性问题的有力工具。其研究内容涉及物理学、生物学以及社会学等,而复杂网络上的病毒传播就是其中一个重要的研究方向。病毒传播是人类面临的重大安全问题之一,从古至今,人类一直遭受其困扰,14世纪的黑死病,20世纪的西班牙流行性感冒,时至今日,我们身边仍然存在许多的传染病,比如SARS,埃博拉病毒,甲型H1N1,新型冠状病毒等。出于病毒传播对人类造成的巨大灾难,研究者们对病毒传播进行了深入研究。在本文中,我们将对双病毒的协同传播进行研究。本文以双病毒为研究对象,从模拟的角度出发去研究其协同传播特点。借助时滞SIRS模型,对双病毒在九个状态人群中的传播演化进行分子动力学模拟。结果表明双病毒的爆发与病毒之间相互作用有关,若双病毒为相互促进关系时,双病毒的爆发为反相同步;若双病毒为相互抑制关系时,双病毒的爆发为同相同步。同时,我们还根据该现象提出一种双病毒耦合演化方程,即该病毒的传播不仅与自身的传染率有关,还与另一种病毒的非易感者人数有关,求解方程,同样可以得到相同的现象。随后,我们对世界卫生组织提供的各国流感数据进行处理,发现不同种类流感的爆发具有很好的同步性,而我们的研究结果表明当病毒之间达到一定抑制程度后,会出现同步爆发现象,这为解释不同种类流感的同步周期性爆发提供了 一种新思路。随后,我们对双病毒耦合演化方程进行拓展。经修改后的耦合演化方程,可以研究三种病毒、四种病毒甚至更多种病毒的协同传播。除此之外,还研究了不同类型病毒的协同传播,如时滞SIRS模型与时滞SIS模型的协同传播,发现随着病毒间的相互抑制程度增大,会出现振荡凋零,即感染人数会由振荡周期解变为稳定解。同时,模拟结果对该现象进行了验证。最后,对全文进行了总结与展望。
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