仓室模型基于传染病动力学的数学建模框架,其核心思想是将人群划分为不同状态(如易感者、感染者、康复者等)并通过微分方程描述状态间的动态转移。 该模型通过量化疾病传播参数(如感染率、康复率)预测疫情发展趋势,为公共卫生决策提供科学依据。
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经典SIR模型
仓室模型最早源于1927年提出的SIR模型,包含三个基础仓室:易感者(Susceptible)、感染者(Infectious)、康复者(Recovered)。其微分方程组为:
其中为感染率,为康复率,为总人口。该模型奠定了仓室建模的基础逻辑——人群状态划分与动态转移。 -
扩展模型(如SEIR、SEIAR)
为适应复杂疾病特征,SIR模型被扩展为包含更多仓室的变体。例如:- SEIR模型:新增暴露者(Exposed)仓室,模拟潜伏期人群,适用于麻疹等潜伏期显著的疾病。
- SEIAR模型:进一步区分显性感染者(I)和无症状感染者(Asymptomatic),用于COVID-19等存在无症状传播的疫情分析。扩展模型通过调整参数(如无症状比例)提升预测精度。
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与其他建模方法的关联
仓室模型与随机模型(如基于个体的ABM)存在等价性。例如,欧拉格式数值解的仓室模型可复现随机模型的宏观结果,而混合模型(如CAMM)能在计算资源有限时替代复杂ABM模拟大规模人群。这种关联性为传染病建模提供了灵活的工具选择。
理解仓室模型的数学基础与扩展逻辑,有助于科学评估防控措施(如隔离、疫苗接种)对疫情曲线的影响。实际应用中需结合疾病特性选择合适模型,并持续校准参数以匹配真实数据。