我们扩展技术超临界随机近似的长期行为的流行病模型,利用WKB近似和哈密顿相空间,在亚临界情况。模型和近似的限制行为有很大的不同在亚临界情况下,需要一种新型的分析限制行为的哈密顿系统远离其确定性的子系统。这产生一个小说,通用技术近似quasistationary分布的随机流行和生灭模型和可能导致的技术分析这些模型除了quasistationary分布。经典的SIS模型,近似发现quasistationary分布非常类似于出版近似但不完全相同。生灭过程没有损耗的易感人群,近似是恰当的。动力学相平面上类似的预测中演示了哈密顿分析横断面沙眼治疗试验的数据在埃塞俄比亚,肥胖盛行程度下降符合亚临界的流行动态。
随机模型是一种常见的工具在流行病学研究中,在公共卫生干预措施旨在减少波动项感染或感染的个体(
一个基本的结果是一个关键的存在价值基本繁殖数量<我nl我ne- - - - - -为米ula>
当<我nl我ne- - - - - -为米ula>
这样的统计观察病例数分布在多个社区在一个时间可以帮助提供一个评估动力学的一种疾病,可能是它的基本再生数,因此,未来的时间进程。大约几何分布的肥胖盛行程度也意味着将会有更多的高患病率比会有社区lighter-tailed分布,即使平均患病率较低,下降。这表明,异常高发社区可能只是统计离群值,可以将回归到平均水平没有干预,而不是一个“传播热点”呼吁加强干预(
虽然quasistationary特定的随机分布模型可以计算作为一个马尔可夫转移矩阵的特征向量,自这个向量方程条目不能明确,即使是非常简单的模型,解决研究都集中在近似([
在本文中,我们介绍的方法近似quasistationary分布随机模型的亚临界政权,运用这一技术,已经使用以前近似罕见量较大事件超临界动力学(
这个随机力学哈密顿方法,创新格雷厄姆和电话(
在这里,我们调查的使用结构内的等位,但距离确定的子系统,分析随机模型的行为。我们确定了这样一个结构的确定性与quasistationary子系统行为的流行病模型,相比之下使用结构相交的确定性子系统分析固定行为。
年代ec>许多随机流行病动力学的模型,更普遍的生物种群动态和分支过程都包含在生灭过程的范畴。这里我们应用分析胡
随机大小的生灭过程模型一个人口,改变通过事件的大小增加或减少一个。增长的速度大小<我nl我ne- - - - - -为米ula>
此外,让<我nl我ne- - - - - -为米ula>
获得一个偏微分方程在大型系统极限下,我们重写密度指数表达式:
与这些假设,衍生品的产品<我nl我ne- - - - - -为米ula>
因为右边的(
从哈密顿可以编写一个二维动力系统,其状态变量<我nl我ne- - - - - -为米ula>
因此我们可以获得信息生灭过程相关的大尺寸限制通过使用这个系统分析的哈密顿雅可比方程(
对于这一维系统,虽然不是一般主方程的情况下,哈密顿有两个因素,
平坦的子空间<我nl我ne- - - - - -为米ula>
的生灭系统我们考虑<我nl我ne- - - - - -为米ula>
年代我年代(年代usceptible-infective-susceptible)模型提供了一个简单的表示传染病过程缺乏免疫(
在基本的SIS模型中,感染类增加的速度<我nl我ne- - - - - -为米ula>
使用系统的大小<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在超临界(<我nl我ne- - - - - -为米ula>
的哈密顿分析超临界SIS模型已经完全治疗其他地方(
固定PDE对应解决方案的解决方案<我nl我ne- - - - - -为米ula>
相平面的水平轴,这是<我nl我ne- - - - - -为米ula>
非平凡解曲线(
在超临界模型在一般情况下,等势面(解决方案<我nl我ne- - - - - -为米ula>
上述固定解决方案接近quasistationary密度有限<我nl我ne- - - - - -为米ula>
它提供了一个近似的随机动力学的灭绝。这个函数<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在确定性的SIS系统在亚临界情况下,<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在亚临界的哈密顿相平面模型中,相同的三个解决方案曲线<我nl我ne- - - - - -为米ula>
因为这种分歧,在亚临界情况下我们不能应用分析用于超临界情况下,随着系统的奇异值<我nl我ne- - - - - -为米ula>
任何平滑的初始分布<我nl我ne- - - - - -为米ula>
向前集成点的曲线沿该系统产生的轨迹的几何表示时间演化系统的相平面移动曲线,形状的改变<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在哈密顿动力学方面,函数<我nl我ne- - - - - -为米ula>
为了方便起见,可以计算<我nl我ne- - - - - -为米ula>
随着时间的流逝,每个点的<我nl我ne- - - - - -为米ula>
从移动的点<我nl我ne- - - - - -为米ula>
的进化的许多特征<我nl我ne- - - - - -为米ula>
的区域<我nl我ne- - - - - -为米ula>
如果哈密顿雅可比PDE (
图
从上面的分析我们得出这样的结论:quasistationary主方程系统的概率密度函数(
在超临界情况下密度函数有一个模式的特有价值<我nl我ne- - - - - -为米ula>
改变变量回感染病例的数量,<我nl我ne- - - - - -为米ula>
这个quasistationary近似密切相关的经典近似<我nl我ne- - - - - -为米ula>
以前的近似和数值评价建立了(
因此,近似几何分布的形式
比较我们的近似<我nl我ne- - - - - -为米ula>
然而,附近<我nl我ne- - - - - -为米ula>
自比<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在附录中,我们比较了SIS过程生灭过程的SIS模型的传输和删除率没有损耗的影响的易感人群,quasistationary分布是完全接近上述分布的几何分布。生灭过程的相平面分析视觉提供证据证明参数描述近似几何分布的衰变率是由非平凡的拦截曲线(
沙眼是一种常见的儿童亚临床感染在某些地区的欠发达的世界。反复感染导致眼睑瘢痕,倒睫(睫毛的闭关自守,以便对角膜的眼睑刮)。数以百万计的失明了。病原体,<我talic>
沙眼衣原体我talic>高功效,可以清除阿奇霉素的一剂(
在时机的临床试验质量管理阿奇霉素在埃塞俄比亚的阿姆哈拉地区(
SIS模型被用于实践评估治疗所需频率消除沙眼(
图
哈密顿结构描述主方程和扩散方程系统进行探索的主题在随机过程的研究中,解套<我nl我ne- - - - - -为米ula>
Quasistationary解决方案在流行病模型通常不可以完全解决,所以近似技术在分析这些过程是至关重要的。我们提出一个替代方法近似问题,这可能是可扩展到其他类似的模型设置的完整有效性尚未被发现。WKB近似的哈密顿和拉格朗日技术分析,可用强大和灵活的和可能应用在亚临界疾病设置远远超出quasistationary分布。
我们探索横断面流行沙眼试验的数据,当流行分布表示为哈密顿相平面曲线,揭示了一个模式相平面上的运动符合运动预测的这对亚临界传输模型分析。因此它是一致的,至少在定性方面与一个假设沙眼传播实际上是亚临界和随机试验设置。这种分析未能推翻这个假设,尽管其他的解释是可能的。在流行病学设置更多的数据可用,它可能成为可能观察到上极限曲线在这样的情节以及收敛到垂直轴。通过揭示一个新兴流行的尾巴的形状分布,曲线信息可能导致疾病的quasistationary行为的描述。这些信息也可能导致估计的基本繁殖数量,到达独立于任何估计基于时间变化数据大相径庭。
超出了我们分析了单变量生灭模型,这里,我们探索的技术研究quasistationary动力学可以使用模型更多的疾病进展阶段或不同的过渡,multitype模型,模型与补丁或网络结构(cf。
年代我年代的密切近似几何和其他传播模型时感染性计数很小也可以解释为比较传输模型和泊松生灭过程,也就是说,一个过程中损耗的易感类是不占
这里我们使用上面的哈密顿相平面分析泊松近似quasistationary限制的生灭过程基本相同的繁殖数量<我nl我ne- - - - - -为米ula>
泊松生灭过程,出生率和死亡率在SIS模型是一样的,除了没有非线性的<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在SIS的情况下,相对应的哈密顿因素分成三个部分,三个相交部分的解集<我nl我ne- - - - - -为米ula>
在超临界的情况下(图
指定的quasistationary曲线方程<我nl我ne- - - - - -为米ula>
我们注意,我们可以把几何近似哈密顿相平面的几何形状。正如上面所讨论的,几何近似quasistationary分布特点是对数的斜率<我nl我ne- - - - - -为米ula>
我们注意到泊松生灭模型中的水平线的相平面和SIS过程的极限曲线收敛于相同的值<我nl我ne- - - - - -为米ula>
作者声明他们没有利益冲突。
年代ec>本研究由传染病剂研究的模型(MIDAS)授予来自美国国立卫生研究院/美国加州大学,旧金山(U01GM087728),由美国NEI R01-EY025350和研究预防失明奖。爱尔兰共和军b·施瓦兹被海军基地的资金支持(N0001414WX00023)和海军研究办公室(N0001414WX20610)。