Infectious disease dynamics in metapopulations with heterogeneous transmission and recurrent mobility
人类流动、接触模式以及它们之间的相互作用是我们社会行为的关键方面，这些行为塑造了传染病在不同地区的传播。根据关于这两个要素的新证据和数据集，流行病模型应加以改进，以纳入人类接触的异质性和流动模式的复杂性。在这里，我们提出了一个理论框架，允许容纳这两个方面的一组马尔可夫方程的形式。我们验证这些方程与广泛的机械模拟，并推导出分析的流行阈值。这个临界值的表达使我们能够评估其对特定人口分布的依赖性，流动流的结构，以及接触模式的异质性，从而揭示了文献中报道的由经常性流动模式驱动的流行病损害的微观机制。
2021-07-23 physics.soc-ph q-bio.PE
Effects of diffusion rates on epidemic spreads in metapopulation networks
它通常是有用的移动代理的传染动力学的集合种群模型。在这样的模型中，集合种群形成一个静态网络，个体从一个集合种群迁移到另一个集合种群。众所周知，集合种群网络的异质度分布降低了流行病传播的阈值。我们研究了异质度分布和扩散对集合种群网络中流行病的综合影响。我们发现，对于任意的异构网络，扩散抑制流行病的意义上的增加的流行病阈值。另一方面，需要一定的扩散率来引发全球范围的流行病传播。由于这些相反的扩散效应，接近流行阈值的传染病传播在中等扩散速率下最为显著。当个体固定在静态网络的节点上时，扩散可以抑制流行病的结果与扩散SIS动力学及其变体形成对比。
2010-08-20 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Self-segregation in heterogeneous metapopulation landscapes
复杂的相互作用是许多自然系统种群动态的根源，特别是负责物种和个体在生态景观的适当小生境中的分配。另一方面，复杂系统的随机性特征日益挑战提供替代中性理论模型的利基范式。我们引入了一个网络启发的集合种群个体为基础的模型（IBM），在此命名为自我隔离，在托管补丁（本地栖息地）的个人的密度驱动个人的空间组装，同时仍然受到节点的饱和度。特别是，我们证明了网络景观的核心-外围结构触发了空置栖息地斑块的自发出现，这隔离了人口在多稳定模式的孤立（子）社区分离的空补丁。此外，一旦系统总质量连续变化，观察到的空补丁的数量的量化效果，从而强调人口平稳分布的鲁棒性的一个显着特征。值得注意的是，我们的模型再现了补丁空缺发现的Glanville贝母蝴蝶Melitaea cinxia，奥兰群岛的特有物种的破碎的栖息地。我们认为，这种自然栖息地的自发打破支持的概念，高度有争议的（Grinnellian）生态位空缺，也表明了一种新的机制，内源性栖息地碎片化，从而周边物种形成。
2022-09-20 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Motion-induced synchronization in metapopulations of mobile agents
我们研究了运动的影响，出现在一个集合种群的随机步行者移动的异构网络上的同步，并受到仓本相互作用在网络节点。我们发现了一种新的机制，过渡到宏观动力学秩序诱导的步行者的运动。此外，我们观察到两种不同的微观路径同步：根据运动的规则，无论是低度节点或枢纽驱动整个系统走向同步。我们提供分析参数来理解这些结果。
2013-04-15 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.soc-ph
Sufficient conditions of endemic threshold on metapopulation networks
在本文中，我们专注于易感性感染易感性动力学的集合种群网络，其中节点代表亚群，代理扩散和相互作用。最近的研究表明，异质网络结构之间的元素起着重要的作用，在确定阈值的感染率在流行病的开始，一个基本量控制流行病的动力学。我们认为，在一般情况下，在每个节点的感染率取决于其人口规模，在最近的经验观察。我们首先证明了地方病阈值的一个充分条件（即，它的上限）也适用于任意网络。我们还推导出一个改进的条件，表明具有富俱乐部性质的网络（即，具有大量链路的节点之间的高连通性）更易于疾病传播。感染率对人口规模的依赖性引入了一个相当大的差异，这个上限和估计的基础上平均场近似，即使当度度的相关性被认为是。我们用数值模拟验证了理论结果。
2015-06-10 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
A framework for epidemic spreading in multiplex networks of metapopulations
我们提出了一个理论框架，研究流行病的结构化集合种群，异质代理，经常性的流动模式。我们建议代表的异质性组成的集合种群层在一个多元化的网络，其中节点将对应于地理区域和层占同类代理的移动模式。我们在这个框架内分析了经典的易感-感染-易感和易感-感染-消除流行病模型，并通过广泛的蒙特卡罗模拟比较了传播过程的宏观和微观指标。我们的结果是在良好的协议与模拟。我们还推导出一个精确的表达的流行病阈值在这个一般的框架揭示了一个非平凡的依赖于流动性参数。最后，我们使用这种新的形式主义来解决疾病在真实城市中的传播，特别是在哥伦比亚麦德林市，其人口被划分为六个社会经济阶层，每个阶层都被确定为这种多元形式主义的一个层。
2018-02-12 physics.soc-ph q-bio.PE
Effects of local population structure in a reaction-diffusion model of a contact process on metapopulation networks
我们调查的影响，局部人口结构的反应扩散过程中的接触过程（CP）的集合种群表示为复杂的网络。考虑一个模型，其中的节点的一个大规模的网络表示的本地人口定义的齐次图，我们通过广泛的数值模拟表明，反应扩散系统的临界性能是独立的本地人口结构，即使这是一个有序的线性链。这种独立性证实了数值临界指数和结果之间的完美匹配，从一个非均匀的平均场论适合，在原则上，描述当地均匀混合的情况。通过对反应扩散过程的几种不同形式的分析，可以得出类CP模型的临界性质与集合种群的种群结构无关的结论，从而得出该类模型的反应扩散描述的普适性结论.
2013-11-08 physics.bio-ph physics.soc-ph q-bio.PE
Anomalous metapopulation dynamics on scale-free networks
我们的模型运输的个人在一个异构的无标度网络中，一些弱连接的节点表现出重尾停留时间。使用经验法则公理的累积惯性和分数分析，我们表明，“异常累积惯性”压倒高度连接的节点在吸引网络的个人。这从根本上挑战了个体倾向于在高阶节点中积累的经典结果。导出的停留时间分布具有非平凡的U形，我们在人类居住和就业时间的经验遇到。
2017-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Age-specific contacts and travel patterns in the spatial spread of 2009 H1N1 influenza pandemic
在2009年H1N1 pdm的早期阶段，各国的确诊病例显示，在输入病例和本地传播病例之间存在年龄转移，成年人主要负责在未受影响的地区播种，儿童最常导致社区暴发。我们引入了一个多主机随机集合种群模型，两个年龄段的分析解决的作用，异质混合人口及其相关的非同质旅行行为的风险的重大流行病。我们告知模型的统计数据，人口，混合和旅行行为的欧洲和墨西哥，并校准到2009年H1N1 pdm早期爆发。我们改变了模型参数，以探索不同情况下的入侵条件。我们推导出该流行病的全球入侵潜力的表达式，该表达式取决于疾病传播率、交通网络和流动性特征、人口特征和混合模式。高度分离的混合有利于对流行病的空间遏制，这一效果与成人与儿童的社会活动增加形成对比。移动网络拓扑结构和交通流量的异质性强烈有利于疾病的侵袭，因为儿童旅行的比例也很大。各国人口结构和混合习惯的差异导致不同的疫情。结果与观察到的H1N1空间传播一致。这项工作说明了年龄依赖性的混合配置文件和流动性的特点，在研究的新出现的流感大流行的空间入侵的条件的重要性。其结果使得能够在获得数据后立即评估特定情况下发生重大流行病的风险，并评估针对特定年龄组、其相互作用和流动行为的公共卫生干预措施的有效性。
2013-04-02 physics.soc-ph q-bio.PE
Risk-mediated dynamic regulation of effective contacts de-synchronizes outbreaks in metapopulation epidemic models
该研究构建风险反馈调节接触率的ODE集合种群模型，结合德国COVID-19流动数据，揭示区域与国家信息在缓解和抑制两种机制下对疫情去同步化及医疗资源挤兑的不同作用。
2025-02-20 physics.soc-ph q-bio.PE
Voter Models on Heterogeneous Networks
我们研究了异构网络上的简单相互作用粒子系统，包括投票模型和入侵过程。这两种模型都是两状态模型，在更新事件中，个体改变状态以与邻居达成一致。对于选民模型，一个人从随机选择的邻居“导入”其状态。在这里，对于一个具有不相关度分布的N个节点的网络，达到共识的平均时间T_N为N mu_1^2/mu_2，其中mu_k是度分布的第k阶矩。因此，在具有广泛度分布的网络上，迅速达成共识。我们还确定了守恒定律，其特点是达成共识的路线。并行结果来自入侵过程中，代理的状态是“出口”到一个随机的邻居。我们进一步推广到偏置动力学，其中一个状态是有利的。位于k度节点的单个适应突变体覆盖种群的概率-固定概率-与投票者模型的k成正比，与入侵过程的1/k成正比。
2008-04-22 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Evolution of cooperation in multi-agent systems with time-varying tags, multiple strategies, and heterogeneous invasion dynamics
在一个开放的动态系统中，合作从根本上取决于分布在其组成部分之间的信息。然而，在一个复杂性迅速扩大的环境中，这种信息可能需要适应性地改变，以使生物体不仅能够合作，而且能够生存。结合进化博弈论，基于代理的模拟和统计物理学的方法，我们开发了一个模型的合作在老龄化人口的人工决策者玩空间标签介导的囚徒困境游戏与他们的内组邻居和遗传无关的移民代理的演变。在我们的模型与六个策略，我们引入了随时间变化的标签的概念，这样的表型特征的“新”代理可以改变为“批准”以下可变的批准时间。我们的蒙特卡罗模拟表明，内群体偏见的种族中心主义的合作，可以占主导地位，只有在低成本和短的批准时间。在固定标签的标准4-策略模型中，我们确定了一个临界成本$c_{\mathrm{crit}}$，在此之上，合作突然过渡到纯背叛阶段，揭示了内群体偏向慷慨的显着脆弱性。在我们的广义6策略模型与时变标签，提高合作观察到更广泛的区域的参数空间，峰值在中间批准时间和成本值以上$c_{\mathrm{crit}}$。我们的研究结果表明，在一个开放的系统受到移民动态，高水平的社会合作是可能的，如果一小部分人口采用的战略与平等主义的慷慨针对本地和批准的入籍公民，无论他们的实际来源。这些研究结果还表明，与其依赖任意固定的批准时间，还存在着一个最佳的入籍程序期限，整个社会可以从中获益最多。
2021-04-03 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Hierarchical invasion of cooperation in complex networks
合作的出现和生存是科学中仍然存在的最困难的问题之一。惩罚的存在、有限系统中的波动、重复的相互作用和威望的形成等几个因素都可能有助于解释自然和社会系统中合作的反直觉流行。互动网络的特性也被认为是有利于合作者持久性的一个因素。在这里，我们考虑在复杂的拓扑结构的合作行为的入侵动力学。从具有给定连接数（度）$k_0$的节点开始执行完全被叛逃者占据的异构网络的入侵。然后，系统内的囚徒困境的游戏和结果进行了分析，作为一个功能的$k_0$和程度$k$的节点采用合作。使用数值和分析方法进行，我们的研究结果表明，入侵收益优先以下的层次顺序的节点，从那些具有较高程度的那些具有较低程度。然而，只有当最初的合作者数量足够多，形成一个集群，合作才能传播开来，合作的入侵才会成功。这意味着初始条件必须是高度数和高数值度之间的适当平衡，这通常在可能的情况下发生在$k_0$的中间值。这些发现具有潜在的应用，因为它们表明，为了促进复杂网络上的合作行为，应该感染合作者\emph{high but not too high}度节点。
2018-02-16 physics.soc-ph q-bio.PE
Impact of Diffusion on synchronization pattern of epidemics in nonidentical metapopulation networks
本文扩展 SEIHRK 模型，研究非同质集合种群网络中迁移扩散对疫情同步与聚类的影响，提出并仿真验证了临界耦合阈值及约化方程模型。
2024-03-01 math-ph math.MP nlin.AO
Recurrent host mobility in spatial epidemics: beyond reaction-diffusion
人类流动是空间疾病动力学和相关现象的关键因素。在计算模型中，主机移动性通常通过空间扩散或元扩散网络来建模。或者，一个有效的力量，跨越距离的感染已被引入到捕捉空间扩散隐式。这两种方法都没有考虑到自然人类流动的重要方面，扩散并没有捕捉到自然人类流动模式的高度可预测性，例如，返回个人基地位置的高百分比，有效感染力方法假设传播立即平衡。这些条件在自然场景中通常不满足。我们研究了一个流行病学模型，明确捕捉自然的个人流动模式。我们系统地研究了一般的动力学特征的模型，定期晶格以及集合种群网络，并表明，一般的模型表现出显着的动力学差异相比，普通的扩散和有效力的感染模型。例如，自然人类流动模型表现出波前速度的饱和和一种新型的入侵阈值，该阈值是流动模式中返回率的函数。鉴于这些新的发现，并与精确和普及的数据人类流动的可用性，我们的方法提供了一个更复杂的空间疾病动力学建模的框架。
2011-06-17 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Human mobility and time spent at destination: Impact on spatial epidemic spreading
宿主迁移在传染病的空间传播中起着重要作用。以前的理论工作的基础上集成的网络理论到集合种群框架表明，异质性，真正的移动网络的特点有利于传播的流行病。然而，到目前为止进行的研究假设移动过程是马尔可夫或非马尔可夫与固定的旅行时间尺度。然而，现有统计数据表明，旅行者在目的地停留的时间波动很大，从一天到几个月不等。这种不同的停留时间对宿主之间混合事件的机会和持续时间产生至关重要的影响，因此可能对新出现的疾病的传播产生强烈影响。在这里，我们提出了一个分析和计算研究的流行病过程中的一个复杂的亚群网络，旅客有记忆的起源，并花了一个异质分布的时间间隔在他们的目的地。通过分析计算和数值模拟，我们发现逗留时间的异质性改变了局部爆发和全局入侵之间阈值的表达式，并且在全局爆发的情况下，它改变了系统的流行病行为。此外，我们的理论框架使我们能够研究旅行行为的变化对感染的影响，通过考虑一种情况，其中患病的人不离开他们的家庭位置。最后，我们比较了我们的非马尔可夫框架的结果与经典的马尔可夫方法，并找到两者之间的相关差异，在估计的流行病入侵的潜力，以及其空间传播的时间和模式。
2013-09-25 physics.soc-ph q-bio.PE
Heterogeneous length of stay of hosts' movements and spatial epidemic spread
传染病暴发往往具有由宿主的分布、移动和相互作用引起的空间成分。空间模型，包括主机的运动被用来描述这些过程，调查的条件下传播，并预测空间传播。目前正在考虑几个假设，以模拟东道方的流动，从永久性流动到每天通勤，其中在目的地花费的时间要么是无限的，要么分别假设一个均匀的固定值。由经验证据证明，在这里，我们引入了一个通用的集合种群的方法来模拟疾病的动态在空间结构的人口流动过程的特点是由一个异质性的逗留时间。我们发现，在现实中观察到的住院时间的大幅波动，可能会对全球流行病入侵的阈值条件产生重大影响，从而改变基于简单假设的模型预测，并显示出重要的公共卫生影响。
2012-07-19 cs.SI physics.soc-ph
Multistability and High Codimension Bifurcations in Synergistic Epidemics on Heterogeneous Networks
本研究将协同传染模型扩展到异质网络，发现其存在多稳定状态与高余维分岔，协同作用重塑节点影响力，低度节点影响初期入侵、高度节点触发爆发，挑战传统控制策略。
2025-07-07 physics.soc-ph
Evolutionary Prisoner's Dilemma on heterogeneous Newman-Watts small-world network
我们关注社交网络的异质性及其对普遍合作和持续合作者的出现所起的作用。社交网络代表了每一轮游戏中玩家与他们的遭遇之间的互动关系。研究了Watts-Strogatz小世界网络的一个变体上的进化囚徒困境博弈，该网络的异质性可以通过参数来调节。研究发现，对于不同的背叛诱惑，最优合作水平存在于一定的中间拓扑异质性。此外，无论是最异质的情况还是最同质的情况，都不会有利于合作者。在度序列的中等异质性下，合作者可以抵抗背叛者的入侵，因为背叛的诱惑很大。
2007-01-29 math.DS physics.soc-ph
On the use of human mobility proxy for the modeling of epidemics
人口流动是传染病大规模空间传播模型的一个关键组成部分。正确建模和量化人员流动对于改善流行病控制政策至关重要，但在世界某些地区，数据不完整可能会阻碍这一工作。在这里，我们探讨了使用代理数据或模型的个人流动性来描述通勤运动和预测传染病的扩散的机会。我们认为三个欧洲国家和相应的通勤网络在不同的分辨率尺度从官方人口普查调查，从代理数据提取的移动电话记录，从人口普查数据校准的辐射模型。定义在这三个国家和整合不同的流动层的集合种群模型进行了比较，在流行病的可观的。我们发现，从手机数据的通勤网络很好地捕捉经验通勤模式，占总流量的87%以上。从两个数据源-移动电话和人口普查-每个链接的通勤流量的分布是相似的，高度相关的，但在移动电话数据的通勤交通的系统高估观察。这导致流行病的传播速度比人口普查通勤网络更快，但保持了新感染地点的感染顺序。匹配的流行病入侵模式是敏感的初始条件：辐射模型显示出更高的准确性相对于移动电话数据时，种子是在网络中的中心，而移动电话代理执行更好的流行病种子在外围位置。结果表明，不同的代理可以用来近似通勤模式在不同的分辨率尺度在空间流行病模拟，在所需的准确性在研究中的流行病的结果。
2014-05-27 physics.soc-ph q-bio.PE
Heterogenous mean-field analysis of a generalized voter-like model on networks
我们提出了一个广义的框架，研究复杂网络中的选民模型在异质平均场（HMF）水平，（i）产生一个统一的图片现有的复制/入侵过程，（ii）允许通过度选择性规则引入进一步的异质性。在HMF近似的背景下，我们的模型能够提供简单的估计，如退出概率和共识/固定时间，仅基于复杂网络的统计特性。HMF方法的优点是也容易适用于那些难以得到精确解的情况。最后，统一的形式主义，使人们能够理解以前提出的选民一样的过程作为简单的限制的广义模型。
2012-03-18 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Epidemic Dynamics in Homes and Destinations under Recurrent Mobility Patterns
该研究提出基于微观马尔可夫链方法的元种群模型，模拟家庭与目的地节点中复发移动模式下的SIS流行病动力学，推导阈值并经两类网络仿真验证，发现移动概率与阈值呈非线性关系，临界移动水平以上移动增加会抑制传播。
2025-03-18 physics.soc-ph
Conservation laws for voter-like models on directed networks
我们研究了有向网络中节点和链路更新下的投票者模型，以及相关的入侵过程。我们实现了一个分析处理的热力学极限使用的非均匀平均场假设。从微观层次上的动力学规则出发，我们找到了具有任意度分布和度-度相关性的异构网络上给定状态下节点相对密度的演化方程。我们证明了保守量作为加权线性叠加的自旋状态存在的所有三个过程，对于不相关的有向网络，我们推导出其具体的表达式。我们还讨论了相对密度的时间演化，指数衰减到一个均匀的平稳值的守恒量。在热力学极限中得到的守恒定律决定了一个有限系统达到吸收态的概率，而这个系统在热力学极限中并不有序。每个度类对守恒量的贡献由局部性质决定。根据动态，最高贡献与到达大量传出邻居的有影响力的节点相关联，不太有影响力的节点与少量传入连接相关联，或者同时到达两者。
2009-02-10 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
