КОМП’ЮТЕРНА МОДЕЛЬ SEIR-V ЗАСОБАМИ PYTHON

Андрій Олегович Щербаков, Андрій Іванович Ткачук

Анотація


У статті розглядається актуальна задача розробки програмного інструментарію для моделювання та аналізу динаміки поширення інфекційних захворювань. Обґрунтовано вибір компартментної моделі типу SEIR-V, яка, на відміну від класичних аналогів, враховує процеси вакцинації, а також фактори втрати природного та вакцинного імунітету. Проведено формалізацію моделі у вигляді системи звичайних диференціальних рівнянь. Розроблено архітектуру програмного комплексу на основі об'єктно-орієнтованого підходу. Реалізацію здійснено мовою програмування Python із використанням наукових бібліотек NumPy та SciPy для чисельного розв'язання диференціальних рівнянь та бібліотеки PyQt для створення інтерактивного графічного інтерфейсу користувача. Проведено серію обчислювальних експериментів, які підтвердили коректність роботи програмного продукту та дозволили дослідити вплив різних стратегій вакцинації на перехід епідемії в ендемічний стан. Отримані результати демонструють ефективність застосування розробленого програмного забезпечення для підтримки прийняття рішень у сфері охорони здоров'я.


Повний текст:

PDF

Посилання


Aron J. L., Schwartz I. B. Seasonality and chaos in measles epidemics. Journal of Theoretical Biology. 1984. Vol. 110, № 4. P. 665–679.

Gao D. et al. A novel fractional-order SEIRV model with vaccination and waning immunity. Chaos, Solitons & Fractals. 2021. Vol. 152. Art. 111333.

Hethcote H. W. The Mathematics of Infectious Diseases. SIAM Review. 2000. Vol. 42, № 4. P. 599–653.

Kermack W. O., McKendrick A. G. A Contribution to the Mathematical Theory of Epidemics. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1927. Vol. 115, № 772. P. 700–721.

Lelis L. P. A., Santos J. V. S., Costa W. P. A Python-based SEIR-V model for simulation and analysis of COVID-19 vaccination strategies. Journal of Computational Science. 2021. Vol. 55. Art. 101452.

Li Q. et al. Early Transmission Dynamics in Wuhan, China, of Novel Coronavirus–Infected Pneumonia. The New England Journal of Medicine. 2020. Vol. 382, № 13. P. 1199–1207.

Moore S., O'Malley G., O'Donnell D. A review of SEIR models with vaccination for COVID-19. Infectious Disease Modelling. 2022. Vol. 7, № 2. P. 209–224.

Thompson R. N. Python for Epidemiologists: A practical guide to data analysis and modeling. Boca Raton : Chapman and Hall/CRC, 2023. 230 p.

Toda M. SEIR-S model analysis of the COVID-19 pandemic: A case study of Japan. Infectious Disease Modelling. 2021. Vol. 6. P. 562–578.

Wu J., Wang Z., Liu J. An enhanced SEIR model for prediction of COVID-19 with vaccination effect. Proceedings of the 2022 7th International Conference on Intelligent Computing and Signal Processing (ICSP). Xi'an, China, 2022. P. 1172–1176.


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.