网络上时滞诱导分数阶传染病传播的斑图形成与分岔分析
物理与社会
2023-09-26 v1 统计力学
社会与信息网络
动力系统
摘要
复杂网络中自发涌现的有序结构（即图灵斑图）是一种在生物学、化学和物理学等多个科学领域具有潜在应用的现象。本文提出一种运行于网络上的新型时滞分数阶易感-感染-恢复-易感（SIRS）反应扩散模型，该模型通常用于模拟疾病传播，也可用于模拟社会语境下的谣言传播。我们的理论分析确立了由时滞引起的图灵不稳定性，并通过数值实验支持了结论。我们明确了时滞、平均网络度和扩散速率对斑图形成的独特影响。研究的主要结果为：(i) 时滞导致系统失稳，主要表现为周期性的时间波动；(ii) 平均网络度在不均匀空间分布中产生周期性振荡态；(iii) 扩散速率与时滞的共同作用导致时间和空间上的不规则振荡。然而，我们也发现分数阶能够抑制时空斑图的形成。这些发现对于理解网络结构对分数阶系统动力学的影响至关重要。
引用
@article{arxiv.2307.02669,
title = {Pattern formation and bifurcation analysis of delay induced fractional-order epidemic spreading on networks},
author = {Jiaying Zhou and Yong Ye and Alex Arenas and Sergio Gómez and Yi Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.02669},
year = {2023}
}
备注
23 pages, 9 figures