流行病学中的线性动力学视角：早期 COVID-19 暴发与人类流动性的相互作用
物理与社会
2021-08-06 v2 系统与控制
系统与控制
动力系统
摘要
本文研究人类活动与流动性（HAM）在传染病传播动力学中的影响。具体而言，探讨 HAM 及其对 COVID-19 病毒早期传播效应的相互关联。在疫情早期阶段，有效再生数与人类流动性模式表现出高度相关性，由此提出一种假设：HAM 系统可作为与疾病传播动力学耦合的系统来研究。本研究应用带控制输入的广义 Koopman 框架，将非线性疾病传播动力学及输入输出特性确定为局部线性受控动力学系统。该方法仅依赖时空数据快照，无需任何系统物理规律知识。我们利用带控制的 Hankel 动态模式分解（HDMDc）算法来构建以人类流动性为控制输入的线性疾病传播模型。研究表明，所提方法能够捕捉局部流动性对正在进行的全球大流行早期动力学的影响。所获得的局部线性模型可准确预测从两周到四周不同预测窗口的新增感染数。本研究证实了流动性与疾病传播动力学之间的领导者-跟随者关系。此外，还研究并报告了 HDMDc 算法中延迟嵌入的影响。使用美国佛罗里达州的 COVID 感染数据及从 Google 社区流动性数据报告中提取的 HAM 数据进行了案例研究。
引用
@article{arxiv.2107.07380,
title = {A Linear Dynamical Perspective on Epidemiology: Interplay Between Early COVID-19 Outbreak and Human Mobility},
author = {Shakib Mustavee and Shaurya Agarwal and Chinwendu Enyioha and Suddhasattwa Das},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.07380},
year = {2021}
}