一种多层网络及其构建方法、传染病建模仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种多层网络及其构建方法、传染病建模仿真方法，所述多层网络用于传染病传播仿真，所述多层网络的构建方法包括以下步骤：设计问卷，收集和处理个体的接触行为数据；所述接触行为数据包括个体接触数据和群体接触数据；根据处理得到的个体接触数据，构建静态接触网络层；根据处理得到的群体接触数据，构建动态接触网络层；将所述静态接触网络层作为第一层，将所述动态接触网络层作为第二层，构建得到所述多层网络。本发明专利技术能够刻画不同年龄人群的固定和随机接触模式，以此对传染病的传播进行更合理的仿真，根据仿真结果能够模拟和量化基于个体层面不同类型干预措施的控制效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多层网络及其构建方法、传染病建模仿真方法


[0001]本专利技术涉及信息化
，特别涉及一种多层网络及其构建方法、传染病建模仿真方法。

技术介绍

[0002]传染病传播动态的研究近年来由于可用的数据越来越多、越来越详细而有所发展，新的方法也不断出现，其中基于个体模型的接触网络作为传染病传播建模的载体的方法发挥了重要作用。相比基于常微分方程组和基于贝叶斯统计的数学方法，基于个体模型的实验方法具有高度的随机性，在刻画个体多样性、异质性方面非常地灵活、简便，同时适用于量化具体干预措施的干预效果。
[0003]构建基于个体模型的接触网络的难点在于如何将从真实数据中提取的接触模式、接触的异质性在网络中进行表达。不同年龄的个体每日接触的对象数量、对象年龄分布的异质性已经被较多研究，然而，这些接触发生的场所在传染病建模的研究中尚未被重视，个体在家庭、学校和公司等场所发生的接触往往较为固定，且接触频率高、接触时间长，具有较高的传播风险，而个体在社区层面发生的接触较为随机，相对传播风险更低。为研究这两种接触对疾病传播和干预措施控制效果的影响，需要更详细的个体行为数据和更合理的传染病仿真模型。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种多层网络及其构建方法、传染病建模仿真方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一方面，提供一种多层网络的构建方法，所述多层网络用于传染病传播仿真，所述构建方法包括以下步骤：
[0007]设计问卷，收集和处理个体的接触行为数据；所述接触行为数据包括个体接触数据和群体接触数据；
[0008]根据处理得到的个体接触数据，构建静态接触网络层；
[0009]根据处理得到的群体接触数据，构建动态接触网络层；
[0010]将所述静态接触网络层作为第一层，将所述动态接触网络层作为第二层，构建得到所述多层网络。
[0011]作为优选，设计所述问卷时，问卷调查的信息包括：每个参与者的年龄、目标时间段接触的个体总数、每个接触个体的年龄、是否有机会接触到群体，如果有则记录群体的人数、群体中个体的年龄范围，以此获得参与者信息、个体接触信息以及群体接触信息；
[0012]处理数据时，根据问卷收集到的数据获得研究人群的个体接触和群体接触的年龄分层模式，包括个体接触总数分布、个体接触对象的年龄分布、个体接触对象具有群体接触的概率分布、群体接触总数分布、群体接触对象的年龄分布。
[0013]作为优选，构建所述静态接触网络层，具体包括以下子步骤：
[0014]S1：输入个体接触总数分布和个体接触对象的年龄分布；
[0015]S2：从接触总数分布中随机采样作为节点的自由桩数量；
[0016]S3：判断网络中待分配自由桩是否分配完成，若否则进入步骤S4，若是则结束；
[0017]S4：随机选中年龄组一，判断所述年龄组一中待分配自由桩是否分配完成，若否则进入步骤S5，若是则返回步骤S3；
[0018]S5：从所述年龄组一中随机抽取自由桩一，从年龄分布中随机采样年龄组二，判断所述年龄组二中待分配自由桩是否分配完成，若否则进入步骤S6，若是则返回步骤S3；
[0019]S6：从所述年龄组二中随机抽取自由桩二，判断所述自由桩一是否与所述自由桩二属于同一个节点，若否则进入步骤S7，若是则返回步骤S3；
[0020]S7：判断所述自由桩一与所述自由桩二所属节点是否已有连接，若否则进入步骤S8，若是则返回步骤S3；
[0021]S8：连接所述自由桩一与所述自由桩二所属节点，删除所述自由桩一和所述自由桩二后返回步骤S3。
[0022]作为优选，构建所述动态接触网络层，具体包括以下子步骤：
[0023]S1'：输入个体接触对象具有群体接触的概率分布、群体接触总数分布以及群体接触对象的年龄分布；
[0024]S2'：从群体接触概率分布中随机采样确定每个节点是否有群体接触；
[0025]S3'：判断网络中待分配接触组的节点是否分配完成，若否则进入步骤S4'，若是则结束；
[0026]S4'：从待分配节点中随机抽取节点作为接触组第一个节点，并从网络中删除；从群体接触总数分布中随机采样作为该接触组总成员数；
[0027]S5'：判断该接触组是否包含总成员数个节点，若否则进入步骤S6'，若是则将该接触组中的节点全连接，完成该接触组构建后返回步骤S3'；
[0028]S6'：从第一个节点的群体接触年龄分布中随机采样作为新节点的年龄；
[0029]S7'：判断对应年龄组的节点是否分配完成，若否则进入步骤S7'，若是则返回步骤S6'；
[0030]S8'：从对应年龄组中随机抽取节点作为新成员，并从网络中删除后返回步骤S5'。
[0031]另一方面，还提供一种采用上述任意一项所述构建方法构建的多层网络。
[0032]另一方面，还提供一种传染病建模仿真方法，包括以下步骤：
[0033]采用上述任意一项所述的构建方法构建用于传染病传播仿真的多层网络；
[0034]在所述多层网络的基础上，结合个体传播能力的异质性以及不同接触类型的传播风险差异，建立个体传染的概率模型；
[0035]根据所述概率模型，进行人与人之间的传染病传播仿真。
[0036]作为优选，所述概率模型为：
[0037]P
感染[i
→
j](t)＝h
i
·
s(a
j
)
·
β
l
(1)
[0038]式中：P
感染[i
→
j](t)表示个体i在时刻t感染个体j的概率；h
i
表示个体i的传播能力；s(a
j
)表示个体j所处于的年龄组a的易感性；β
l
表示在接触层l的单次接触的传播概率；l表示接触层类型，l∈{个体接触层，群体接触层}。
[0039]作为优选，进行人与人之间的传染病传播仿真时，采用的传染病模型为SEPIAR模型，所述SEPIAR模型中：S表示易感态个体；E表示已被感染的处于潜伏期的暴露态个体；P表示无感染能力并且未出现症状的感染态个体；I表示有感染能力并且已出现症状的感染态个体；A表示有感染能力并且始终不会出现症状的感染态个体；R表示已恢复或是已死亡的去除态个体。
[0040]本专利技术的有益效果是：
[0041]本专利技术所述多层网络可以刻画个体在家庭、学校和公司等场所发生的较为固定的接触和个体在社区层面发生的较为随机的接触这两种接触行为模式，可用于研究在个体层面上其对传染病传播动态和干预措施实施效果的影响；另外，在建立传染病建模仿真方法时，在所述多层网络上，还考虑了个体传播能力的异质性、不同类型接触的传播风险差异，使传染病的传播动力学过程更合理。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层网络的构建方法，其特征在于，所述多层网络用于传染病传播仿真，所述构建方法包括以下步骤：设计问卷，收集和处理个体的接触行为数据；所述接触行为数据包括个体接触数据和群体接触数据；根据处理得到的个体接触数据，构建静态接触网络层；根据处理得到的群体接触数据，构建动态接触网络层；将所述静态接触网络层作为第一层，将所述动态接触网络层作为第二层，构建得到所述多层网络。2.根据权利要求1所述的多层网络的构建方法，其特征在于，设计所述问卷时，问卷调查的信息包括：每个参与者的年龄、目标时间段接触的个体总数、每个接触个体的年龄、是否有机会接触到群体，如果有则记录群体的人数、群体中个体的年龄范围，以此获得参与者信息、个体接触信息以及群体接触信息；处理数据时，根据问卷收集到的数据获得研究人群的个体接触和群体接触的年龄分层模式，包括个体接触总数分布、个体接触对象的年龄分布、个体接触对象具有群体接触的概率分布、群体接触总数分布、群体接触对象的年龄分布。3.根据权利要求2所述的多层网络的构建方法，其特征在于，构建所述静态接触网络层，具体包括以下子步骤：S1：输入个体接触总数分布和个体接触对象的年龄分布；S2：从接触总数分布中随机采样作为节点的自由桩数量；S3：判断网络中待分配自由桩是否分配完成，若否则进入步骤S4，若是则结束；S4：随机选中年龄组一，判断所述年龄组一中待分配自由桩是否分配完成，若否则进入步骤S5，若是则返回步骤S3；S5：从所述年龄组一中随机抽取自由桩一，从年龄分布中随机采样年龄组二，判断所述年龄组二中待分配自由桩是否分配完成，若否则进入步骤S6，若是则返回步骤S3；S6：从所述年龄组二中随机抽取自由桩二，判断所述自由桩一是否与所述自由桩二属于同一个节点，若否则进入步骤S7，若是则返回步骤S3；S7：判断所述自由桩一与所述自由桩二所属节点是否已有连接，若否则进入步骤S8，若是则返回步骤S3；S8：连接所述自由桩一与所述自由桩二所属节点，删除所述自由桩一和所述自由桩二后返回步骤S3。4.根据权利要求2所述的多层网络的构建方法，其特征在于，构建所述动态接触网络层，具体包括以下子步骤：S1'：输入个体接触对象具有群体接触的概率分布、群体接触总数分布以及群体接触对象的年龄分布；S2'：从群体接触概率分布中随机采样确定每个节点是否有群体接触；S3'：判断网络中待分配接触组的节点是否分配完...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘权辉，张堃，蔡云逸，黄树东，冯文韬，叶庆，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：