数学 > 动力系统
[提交于 2025年8月22日
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标题: 非线性流行病动力学的Koopman算子框架:应用于SIRSD模型
标题: A Koopman Operator Framework for Nonlinear Epidemic Dynamics: Application to an SIRSD Model
摘要: 我们开发并分析了一个SIRSD流行病模型,该模型通过引入免疫减弱和疾病诱导的死亡率,扩展了经典的SIR框架。严格的适定性分析确保了解的存在性、唯一性、正性和有界性,保证了模型的流行病学可行性。为了促进理论研究和数据驱动建模,我们将系统重新表述为归一化变量。为了捕捉和预测复杂的非线性流行病动力学,我们使用了Koopman算子框架,结合扩展动态模式分解(EDMD)和一个流行病学启发的可观测量字典。我们比较了两种Koopman近似方法:一种基于最小流行病学字典,另一种则包含了非线性和交叉项。我们使用非标准有限差分(NSFD)方案生成了四种代表性流行病的合成数据:SARS-CoV-2、季节性流感、埃博拉和麻疹。数值实验表明,基于Koopman的方法能够有效识别主导的流行病模式,并准确预测关键的爆发特征,包括峰值感染动态。
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