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疫情封控期间,分享一个数学人关注的焦点问题?

 小朱的读书笔记 2022-04-27

自3月8日学校因为疫情封校以来,时间已经过去了将近一个半月。在这段时间里,整个上海的疫情形势发生了比较明显的变化。在此期间,网络上关于上海疫情防控的谣言层出不穷,彷佛已经影响了大多数人的价值观。前些日子,上海下了一场比较大的暴雨,笔者有些感慨,于是写了一段下面的文字:

围墙的那一头,发生了什么?
漫天的谣言,四面飞起;
紧缺的物资,八方来援。
暴雨啊,请告诉人们事情的真相;
暴雨啊,请消除人们内心的恐慌。

尽管从上述文字来看,笔者像是有些情绪化,但实质上是希望广大读者能够相信国家和政府的相关举措,不能被一些网络谣言所洗脑。

笔者作为一名数学人,认为在这场疫情当中,首要的就是保持理智和冷静。

然而,值得我们注意的是,在这场疫情防控中,数学这一项看起来“无用”的工具似乎在病毒传播预测过程中大显身手。事实上,这也是笔者所要关注的要点,也就是数学到底在疫情防控中做了哪些?

2020年3月,同济大学数学科学学院的梁进教授写了一篇文章《大疫当前,数学能做什么?》,发表于《科学》杂志。

图1:《大疫当前,数学能做什么?》

梁老师在这篇文章里,先回顾了对传染病进行数学建模的研究历史,特别是提到了丹尼尔·伯努利(Daniel Bernoulli)对天花传播问题进行了一定的研究并建立了比较著名的天花模型。然后,梁老师依次介绍了SI、SIR模型的建立过程、相关假设以及解模过程,为想要初步了解传染病基本数学模型的读者提供了一定的参考。最后,梁老师对利用数学模型预测武汉疫情传播提出了个人观点和相关注意事项。

事实上,在疫情发展初期,就有一些团队在对新冠肺炎的传播进行模型预测,比如上海财经大学数学学院“大数据融合反演建模”科研创新团队就曾建立了 一类时滞动力学模型。

图2:《一类时滞动力学模型》

前段时间,兰州大学黄建平院士团队发表了题为《奥密克戎大流行是否将终结》的评述文章,他们使用的数学模型是一种改进后的SEIR模型。事实上,该团队建立了一个“新冠肺炎疫情全球预测”网站,在该网站中,他们提到了改进后的SEIR模型

图3:州大学黄建平院士团队研究改进后的SEIR模型

实际上,诸多改进后的模型是无法直接求出解析解的,大多数需要通过软件(Matlab或者Python等)来计算方程组的数值解。关于这点,梁进老师在其文章中也有所提及。研究团队将提供的数据应用于模型时,该模型就对未来数天的病毒感染人数进行预测,以此来为政府官员和专业人士提供一定的参考。

毫无疑问,在传染病的研究过程中,数学起到了不小的作用。然而数学模型仅仅起到预测的作用,只能通过不断地优化和改进模型,才有可能将预测的准确度达到满意的效果!


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