空间行为对传染病模型中斑图的消解机制

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常微分系统的稳定常数平衡态在加入扩散后会发生稳定性反转,从而在其附近就会产生图灵斑图。在反映扩散设置中,空间扩散可以是“自扩散”或“交叉扩散”,自扩散的扩散速率取决于其特定种群的局部变异,而交叉扩散的扩散速率也取决于其他群体的局部变异。研究发现:地方性传染病没有疫苗可用时,个人对感染威胁的反应完全是基于他们的社会行为或移动行为的变化。染病模型交叉扩散系数为正,表示人群从另一人群的高密度区域向低密度区域移动,即易感者远离感染者;而染病模型的交叉扩散系数为负,表明人群从低密度地区向高密度地区迁移,即患者向易感人群迁移的行为。本文在序言中具体介绍了Turing不稳定的定义和Lyapunov稳定性理论,对后文的研究分析做好基础理论铺垫。在引言部分描述了行为反应在染病模型中的研究现状及分析结果;第二章描述了传染病的主要系列模型,推导了自扩散导致图灵机态产生的一般条件,其中行为反应也包括空间成分,并显示交叉扩散缓解图灵模式、甚至破坏图灵模式的一般条件;第三章主要是对文献[2]中得到I(感染者)足够大时,定性分析发生变化的有趣现象进行深入研究,对系统进行线性化处理后,雅可比矩阵符号发生变化,此时自扩散扰动不会引起稳定性反转,Turing不稳定不会发生;而只有感染者的交叉扩散系数B会引起图灵分叉,并给出B导致图灵不稳定的阈值条件;第四章主要是根据Crandall—Rabinowitz分叉定理研究一维空间扩散引起图灵分叉的条件和能够发生分叉的点,分别以易感者的自扩散系数"和交叉扩散系数A为分叉参数进行理论分析,并研究分叉点处的局部分叉解,说明了局部分叉解的稳定性;第五章给出具体的行为感染率公式,根据文献[2]提供的数值模拟扩散系统,给出了不同扩散系数对稳定性影响的走势图;最后对本文的研究分析进行总结。
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