Огляд і аналіз методів моделювання процесу розвитку епідемії

Abstract

Сьогодні актуальною проблемою, яка постала перед людством, стала проблема боротьби з епідеміями і пандеміями. Одним із шляхів, які сприяють вирішенню цієї проблеми, є застосування математичних методів прогнозування процесу пандемії і оцінка впливу заходів, які приймаються органами охорони здоров’я, щодо зниження рівня темпів розвитку захворювання. У статті на основі аналізу великої кількості інформаційних джерел розглянуто найбільш ефективний підхід до математичного і комп’ютерного моделювання розвитку епідемії на основі індивідуально-орієнтованого і мультиагентного підходів. Проведено аналіз проблеми моделювання розвитку епідемій на основі мультиагентного підходу, а також можливостей прогнозування перебігу епідеміологічного процесу. Наведено приклад структури багатокомпонентної імітаційної моделі на основі загальноприйнятої вербальної моделі поширення вірусних захворювань. Як приклад розглянуто методику імітаційного агентного моделювання за допомогою програмного продукту Any Logic процесів поширення 2019-nCoV. Отримані усереднені показники підтвердили основні середньо годинні періоди протікання зараження, які були отримані чисто статистичними методами. На основі аналізу опублікованих робіт досліджені можливості управління розвитком епідемії шляхом впливу на ці фактори. Запропоновано відносно простий спосіб математичного моделювання та прогнозування епідемічної ситуації. Показано, що своєчасний і адекватний прогноз є необхідною умовою для планування структури, масштабів, термінів необхідних заходів, спрямованих на попередження епідемій і спалахів захворюваності, так само на скорочення та усунення їх негативних наслідків.

Today, the urgent problem facing humanity is the problem of fighting epidemics and pandemics. One of the ways to solve this problem is the use of mathematical methods for predicting the pandemic process and assessing the impact of measures taken by health authorities to reduce the rate of development of the disease. Based on the analysis of a variety of information sources, the article considers the most effective approach to mathematical and computer modeling of the development of the epidemic on the basis of individually oriented and multi-agent approaches. The analysis of the problem of modeling the development of epidemics on the basis of a multi-agent approach, as well as the possibilities of predicting the course of the epidemiological process is carried out. An example of the structure of a multicomponent simulation model based on the generally accepted verbal model of the spread of viral diseases is given. As an example, the methodology of simulation agent-based modeling using the Any Logic software product of distribution processes 2019-nCoV is considered. The obtained averaged indicators confirmed the main hourly average periods of infection, which were obtained by purely statistical methods. Based on the analysis of published works, the possibilities of managing the development of the epidemic by influencing these factors have been investigated. A relatively simple method of mathematical modeling and forecasting of the epidemic situation has been proposed. It is shown that a timely and adequate forecast is a prerequisite for planning the structure, scale, timing of the necessary measures aimed at preventing epidemics and outbreaks of disease, as well as reducing and eliminating their negative consequences.