数学 > 优化与控制
[提交于 2025年2月1日
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标题: 涉及Caputo分数阶时间导数和非线性扩散算子的反应-扩散SIR模型的分数阶微分方程
标题: Fractional differential equations of a reaction-diffusion SIR model involving the Caputo-fractional time-derivative and a nonlinear diffusion operator
摘要: 本研究的主要目的是通过使用非局部的Caputo分数阶时间分数导数并采用$p$-Laplacian算子,来分析一个反应扩散的分数阶抛物线SIR流行病模型。 通过疫苗接种计划来实现免疫,该计划被视为控制变量。 寻找能够减少患病人数、相关疫苗接种和治疗费用的最优控制对,在有限的时间和空间内是我们的主要研究内容。 建立了时空SIR模型的非负解的存在性和唯一性。 还证明了最优控制的存在性。 此外,我们得到了以状态函数和伴随函数形式描述的最优控制。 然后,通过一个离散迭代方案解决最优性系统,在适当的测试后收敛,类似于前向-后向扫算法。 最后,给出了数值近似结果,以展示所提出的控制方案的有效性,该方案分别使用不同的分数阶值和$p$,即Caputo导数的阶数和$p$-Laplacian算子的阶数,得到了有意义的结果。
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