一种基于计算实验的流行病学模型对接方法技术

本发明专利技术公开了一种基于计算实验的流行病学模型对接方法，所述方法基于对流行病学进行验证的对接系统，所述对接系统包括流行病领域集成模型、模型对接单元、计算集成模型；所述模型对接单元分别提取领域集成模型的流行病属性信息和计算集成模型数据信息进行低耦合交互实现对流行病防疫系统验证；其中：所述模型对接单元还包括：个体层由疾病模块和个体能力模块构成；组织层由组织结构模块和个体间交互模块构成和社会层由干预控制模块和环境分析模块构成；该方法解决流行病学计算机建模技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算实验的流行病学模型对接方法


[0001]本专利技术属于人工社会系统理论、计算实验的复杂系统领域，尤其涉及一种基于计算实验 的流行病学模型对接方法。

技术介绍

[0002]新冠疫情是突发的公共卫生危机，具有不确定性、突发性、社会性、发展途径和演化具 有不规律性等特点。病毒的高传染性严重危害人类生命健康，从而对社会经济造成巨大威胁， 大量生产生活企业受到严重影响，并且由于多米诺骨牌效应，对世界经济造成巨大冲击。因 此研究疫情的传播过程、趋势预测具有重要的理论价值和实践意义，而如何有效控制新冠疫 情蔓延，采取及时的应急措施降低损失是研究热点之一。
[0003]传染病在人类社会中的传播涉及众多因素，不仅包括传染病本身，如病原体、传播载体、 传播途径、传染周期、潜伏期、抵抗力等，还包括人类社会中相互交织、相互作用的各种社 会元素。此外，人的心理和行为的复杂性也是重要因素之一。传染病传播因素纷繁复杂，且 与各种事物相互作用，使得传染病传播成为一个复杂的动态过程。因而利用现代计算机技术 对影响传播过程的诸多复杂因素进行综合分析与计算并进行模拟和推演，为政府提供政策支 持和参考，逐渐成为研究者们研究的热点方向。而计算实验是一种非常重要的模拟推演和预 测分析的手段，它通过提取流行病学相应的领域机理和知识，确定各项参数指标，建立与现 实世界对应的人工社会，在仿真系统中模拟推演过程，从而得到预测结果。
[0004]目前如何实现领域模型到人工社会模型的跨越继而完成计算实验需要面临诸多复杂因素 的一系列问题与挑战，主要体现在以下几方面：
[0005]1)传染病模型的多样性:不同的传染病模型描述了不同情境下传染病传播的过程，在建模 过程中不可避免地面临诸如个体行为多样性、传播过程的复杂性、社会系统的复杂性等难题。 然而，单一的传染病模型难以清晰地解释人的适应性、交互行为、传播途径、潜伏期、疾病 传染性以及人群的空间分布和社会关系等诸多因素在传播过程中的影响。研究者们提出了纷 繁复杂的传染病模型以在描绘传播过程的同时研究某几个因素的影响。因此，传染病模型的 多样性会加剧传染病模型中的领域知识的提取难度，给领域模型与计算模型的对接带来更大 的挑战。
[0006]2)计算模型的复杂性:计算流行病学模型进一步促进了人们对传染病传播规律的认识，其 复杂性来源于：1技术手段不同影响模型完整性。计算模型是现代计算机技术与多领域知识 的结合，不同的算法、编码技术、开发平台不仅影响模型对真实世界的抽象程度，且影响模 型的计算准确性。2数据的复杂性。计算模型的建立和拟合往往需要病例数据、人群流动数 据、社会接触数据等多类型数据的支持，不同的数据影响着模型的复杂度、准确性和可解释 性。3计算模型自由度大。现有计算流行病学模型是模拟病毒在复杂系统的传播过程，不同 的计算模型对于其中的个体、人群关系、环境、传染性、传染途径等复杂因素的描述很难做 到完全一致。因此，在研究模型对接时将这些复杂因素考虑进去存在极大的
困难。
[0007]3)模型对接的复杂性:模型对接源于对领域知识的提炼，计算模型的实现，是一个比较繁 琐的过程。作为其核心步骤的知识提炼和拟合单元是其复杂性的主要来源。知识提炼是指从 领域模型中提取领域知识以及从计算模型中提取可用方法和功能设计等知识，而根据不同的 研究需求，研究者们需要从繁杂的领域模型中提取特定的领域知识，且对紧耦合的计算模型 进行解耦，提取出其中可用的方法和功能模块等。而领域模型和计算模型的多样性及建模目 的的不同大大增加了知识提炼工作的难度。其次，在对提取出的知识和方法功能模块等进行 拟合使其构建出新的模型时，缺乏系统的工作框架将冗杂的知识拟合形成一个个新的功能模 块。因此，在进行研究分析时，通过模型的对接研究，将有解释力和生命力的模型保留下来 具有很大的挑战性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在问题，本专利技术提出了一种基于计算实验的流行病学模型对接方法，该 方法将领域模型的可集成内容、计算模型的可集成内容、建模框架的级别拟合到框架中，描 述了如何将计算模型和领域模型对接形成新的低耦合的计算模型，解决计算机建模技术问题。
[0009]本专利技术采用如下技术方案实施：
[0010]一种基于计算实验的流行病学模型对接方法，所述方法基于对流行病学进行验证的对接 系统，所述对接系统包括流行病领域集成模型、模型对接单元、计算集成模型；所述模型对 接单元分别提取领域集成模型的流行病属性信息和计算集成模型数据信息进行低耦合交互实 现对流行病防疫系统验证；其中：所述模型对接单元还包括：
[0011]‑‑
个体层由疾病模块和个体能力模块构成；
[0012]‑‑
组织层由组织结构模块和个体间交互模块构成；
[0013]‑‑
社会层由干预控制模块和环境分析模块构成；其中：所述模型对接单元通过如下步骤 实现低耦合数据交互：
[0014]所述疾病模块和个体能力模块对领域集成模型提供的流行病属性按照如下公式耦合输出 与计算集成模型交互的数据信息生成个体属性的计算模型：
[0015]Attr
Epi
＝<Nam,Md,L
p
,I
p
,Fpro,DisT>
[0016]其中，Nam是疾病的名称；Md是疾病的传播途径标志；L
p
是疾病潜伏期的分布及其参 数；I
p
是疾病感染期的分布及其参数；Fpro是疾病死亡概率；DisT是疾病患者治愈事件的分 布及其参数；
[0017]Individual level＝<R,S
t
,E
t
,V
t
,Y
t
>
[0018]其中，R是个体的稳定能力属性；S
t
是个体的动态能力属性；E
t
是个体的感知能力；V
t
是 个体的行为集合；Y
t
是个体在感受外在事件刺激及与其他个体交互过程选择所采取的行为的 决策能力；
[0019]所述组织结构模块和个体间交互模块按照将交互规则与交互方式与计算集成模型中的交 互机制对接生成定制化的计算模型；
[0020]所述干预控制模块和环境分析模块对领域集成模型提供的流行病属性进行与计算集成模 型交互生成社会化的计算模型反馈给个体层。
[0021]进一步，所述组织结构模块和个体间交互模块按照将交互规则与交互方式与计算集成模 型中的交互机制对接生成定制化的计算模型过程：
[0022]1)交互机制通过交互方式和自主交互方式进行，其中：
[0023]Option1：行为日志交互方式：按照统计规律和生活常识规划了个体的日常活动行为来模 拟人们的日常活动，当个体进入接触范围时，再根据交互规则完成交互行为；
[0024]Option2：自主交互方式：通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计算实验的流行病学模型对接方法，其特征在于：所述方法基于对流行病学进行验证的对接系统，所述对接系统包括流行病领域集成模型、模型对接单元、计算集成模型；所述模型对接单元分别提取领域集成模型的流行病属性信息和计算集成模型数据信息进行低耦合交互实现对流行病防疫系统验证；其中：所述模型对接单元还包括：
‑‑
个体层由疾病模块和个体能力模块构成；
‑‑
组织层由组织结构模块和个体间交互模块构成；
‑‑
社会层由干预控制模块和环境分析模块构成；其中：所述模型对接单元通过如下步骤实现低耦合数据交互：所述疾病模块和个体能力模块对领域集成模型提供的流行病属性按照如下公式耦合输出与计算集成模型交互的数据信息生成个体属性的计算模型：Attr
Epi
＝<Nam,Md,L
p
,I
p
,Fpro,DisT>其中，Nam是疾病的名称；Md是疾病的传播途径标志；L
p
是疾病潜伏期的分布及其参数；I
p
是疾病感染期的分布及其参数；Fpro是疾病死亡概率；DisT是疾病患者治愈事件的分布及其参数；Individual level＝<R,S
t
,E
t
,V
t
,Y
t
>其中，R是个体的稳定能力属性；S
t
是个体的动态能力属性；E
t
是个体的感知能力；V
t
是个体的行为集合；Y
t
是个体在感受外在事件刺激及与其他个体交互过程选择所采取的行为的决策能力；所述组织结构模块和个体间交互模块按照将交互规则与交互方式与计算集成模型中的交互机制对接生成定制化的计算模型；所述干预控制模块和环境分析模块对领域集成模型提供的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渐旭，章衡，薛霄，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：