Ensemble Forecasting of the Zika Space-TimeSpread with Topological Data Analysis
根据世界卫生组织的记录，2015年5月巴西首次正式报告寨卡病毒病例。该疾病随后迅速蔓延到美洲和东亚的其他国家，影响了100多万人。寨卡病毒主要通过伊蚊属（Aedes aegypti和Aedes albopictus）的受感染蚊子叮咬传播。蚊子的大量繁殖以及由此导致的寨卡病毒感染在降水量大、气温高、人口密度高的地区很常见。这些数据的非线性时空依赖性以及缺乏历史公共卫生记录使得预测病毒传播特别具有挑战性。在这篇文章中，我们通过将拓扑数据分析的概念，特别是大气变量的持久同源性引入到病毒传播建模中，来加强寨卡病毒的预测。拓扑概要允许捕获大气变量之间的更高阶依赖性，否则这些依赖性可能无法经由基于经由欧几里德距离评估的地理接近度的常规时空建模方法来评估。我们引入了累积Betti数的新概念，然后将累积Betti数作为拓扑描述符集成到三个预测机器学习模型中：随机森林，广义提升回归和深度神经网络。此外，为了更好地量化各种不确定性来源，我们使用贝叶斯模型平均将所得的单个模型预测组合成寨卡病毒传播预测的集合。所提出的方法在预测2018年巴西寨卡病毒时空传播的应用中得到了说明。
2020-09-24 q-bio.PE stat.AP stat.ML
Calibration of a SEIR-SEI epidemic model to describe the Zika virus outbreak in Brazil
在过去的二十年里，世界各地报告了多起寨卡病毒疫情，使相关疾病成为国际关注的问题。在这种情况下，流行病数学模型的使用是非常重要的，因为它们是有用的工具，研究潜在的爆发数字，并允许一个测试的有效性，不同的战略，用于打击相关的疾病。这项工作涉及流行病模型的开发和校准，以描述2016年巴西寨卡病毒的爆发。一个系统的8个微分方程，8个参数的模型通过两个种群的感染的演变。从文献中估计模型参数的标称值。反问题的制定和解决，通过比较系统的响应，从爆发的真实数据。校准后的结果给出了现实的参数，并返回了合理的描述，曲线形状与疫情演变相似，峰值接近2016年期间的最高感染人数。对某些初始条件下的响应行为进行了分析，并根据初始条件的取值变化，对初始条件下的响应行为进行了分析。
2021-05-13 cs.NA math.DS math.NA
Some Models for Epidemics of Vector-Transmitted Diseases
登革热和基孔肯雅热等病媒传播疾病在世界许多地区迅速蔓延。寨卡病毒自1947年以来一直被人们所知，并于2013年入侵南美洲。它不仅可以通过（蚊子）媒介传播，也可以直接通过性接触传播。寨卡已经发展成为一个严重的全球健康问题，因为虽然大多数病例没有症状或非常轻，但寨卡感染母亲所生的婴儿可能会患上小头畸形和其他非常严重的出生缺陷。我们制定和分析了两种病媒传播疾病的流行病模型，一种适用于登革热和基孔肯雅热疫情，另一种包括适合寨卡病毒疫情的直接传播。这一点尤其重要，因为寨卡病毒是第一个可以通过媒介间接传播和直接传播（通过性接触）的疾病。在这两种情况下，我们得到的基本再生数的表达式，并显示如何使用初始指数增长率来估计基本再生数。然而，对于包括直接传播的模型，将需要一些额外的数据来确定直接传播病例的比例。2015年哥伦比亚巴兰基亚寨卡病毒疫情的数据被用来拟合这里开发的模型的参数，并估计基本繁殖数。
2016-08-22 q-bio.PE
Qualitative analysis and numerical investigations of time-fractional Zika virus model arising in population dynamics
本文研究时间分数阶寨卡病毒模型，通过稳定性分析和数值模拟探讨其在种群动力学中的应用与疾病传播预测。
2026-02-21 cs.NA math.DS math.NA
Estimating the reproductive number, total outbreak size, and reporting rates for Zika epidemics in South and Central America
随着南美洲和中美洲国家为寨卡病毒疫情导致的出生缺陷增加做好准备，并计划制定缓解策略以尽量减少正在发生的和未来的疫情，了解寨卡疫情的重要特征以及它们在不同地区之间的差异是一个具有挑战性的重要问题。我们为2015年哥伦比亚、萨尔瓦多和苏里南的寨卡病毒疫情动态开发了一个数学模型。我们拟合的模型，泛美卫生组织提供的公开数据，使用近似贝叶斯计算估计参数分布，并提供不确定性量化。一个重要的模型输入是有风险的易感人群，这可能会随着气候，海拔，人口密度和社会经济地位等因素而变化。我们使用历史上报告的最高登革热发病率，并根据所选国家的可能登革热报告率进行修改，以告知这一初始条件。该模型表明，国家一级的分析不适合哥伦比亚。然后，我们估计萨尔瓦多和苏里南的基本繁殖数，或由单个受感染的人引起的新的人感染的预期数量，范围在4和6之间，中位数分别为4.3和5.3。我们估计萨尔瓦多的报告率约为16%，苏里南约为18%，估计总爆发规模分别为73，395人和21，647人。参数估计的不确定性突出表明，需要进行研究和收集数据，以更好地限制参数范围。
2017-02-27 q-bio.PE q-bio.QM stat.AP
An Outbreak Vector-host Epidemic Model with Spatial Structure: The 2015 Zika Outbreak in Rio de Janeiro
背景：一个确定性模型是在地理环境中的流行病的空间传播。病媒通过交叉动力学将该病传播给易感宿主。该模型的重点是流行病的爆发，从一个小的地理环境的一个小的次区域的少数病例开始。方法：用偏微分方程描述模型室间的相互作用。结果：分析了该模型的偏微分方程，证明了其适定性。模型的流行病结果与模型的空间相关参数和初始条件相关。结论：该模型的一个版本适用于2015-2016年巴西里约热内卢市的寨卡疫情。
2016-06-22 q-bio.PE
The Case for Pyriproxyfen as a Potential Cause for Microcephaly; From Biology to Epidemiology
寨卡病毒已在个别病例中发现，但尚未被证实是2015-6年巴西大量小头畸形病例的原因。事实上，不同地理位置的寨卡和小头畸形发病率之间的差异导致了对病毒作用的质疑。在这里，我们考虑是否杀虫剂吡丙醚在巴西饮用水中使用可能是主要原因或辅助因素。吡丙昔芬是一种保幼激素类似物，已显示其在哺乳动物中对应于许多脂溶性调节分子，包括维生素A的代谢物视黄酸，其与视黄酸具有交叉反应性，并且其在发育期间的应用已显示引起小头畸形。甲氧普烯，另一种在20世纪70年代被批准作为杀虫剂的保幼激素类似物，已被证明会导致哺乳动物的发育障碍。异维甲酸是另一种通过激活发育中胎儿的维甲酸X受体引起小头畸形的维甲酸。我们回顾了生产商住友公司对吡丙醚的测试，该公司实际上发现了这种影响的一些证据，包括暴露的幼鼠的低脑质量和无脑畸形。吡丙醚在巴西的使用是前所未有的，从未大规模用于供水。关于其使用的地理模式排除了其作为原因的说法尚未得到记录或证实。另一方面，尽管有大量寨卡病例，但哥伦比亚报告的小头畸形病例很少，巴西不同州的发病率差异很大，这削弱了寨卡是原因的说法。考虑到潜在的分子机制、毒理学和流行病学证据，我们强烈建议在巴西暂停使用吡丙醚，直到进一步调查与小头畸形症的潜在因果关系。
2017-03-07 physics.soc-ph q-bio.PE q-bio.TO
Optimal Control of Microcephaly Under Vertical Transmission of Zika
针对寨卡病毒垂直传播引发的小头畸形问题，提出最优控制模型，通过时间相关的杀虫剂喷洒和个人防护措施，最小化受感染孕妇数量并降低控制成本与蚊虫种群，从而减少小头畸形病例。
2024-11-06 math.OC q-bio.PE
Embedded model discrepancy: A case study of Zika modeling
本文以2016年巴西寨卡流行为例，提出一种内嵌差异算子来改进流行病学数学模型，使其与真实数据的一致性大幅提升，且该方法具有广泛适用性。
2020-04-13 cs.CE q-bio.PE
Prevention and control of Zika fever as a mosquito-borne and sexually transmitted disease
寨卡病毒（ZIKV）的流行已成为全球重大的公共卫生突发事件。已知ZIKV通过\textit{Aedes}蚊子传播，最近的研究表明ZIKV也可以通过性接触传播，并且性传播ZIKV的病例已经在美国得到证实，法国和意大利。性传播如何影响ZIKV感染的传播和控制尚不清楚。我们提出了一个数学模型来研究蚊媒和性传播对ZIKV传播和控制的影响，并使用该模型拟合巴西、哥伦比亚和萨尔瓦多的ZIKV数据。根据参数估计值，计算出基本生殖数的中位数和置信区间R 0 =2.055（95%CI：0.523-6.300），其中性传播贡献率的分布为3.044（95%CI：0.123-45.73）。研究表明，R 0对蚊虫叮咬率和死亡率最敏感，而性传播增加了感染的风险和流行规模，并使疫情爆发更加迅速。为了预防和控制ZIKV的传播，不仅要将其视为蚊媒疾病，还要将其视为性传播疾病。
2016-04-14 q-bio.PE
The reproductive number of Zika in municipalities of Antioquia, Colombia: stratifying the potential transmission of an ongoing epidemic
导读：美国寨卡疫情在该地区迅速蔓延后，被宣布为国际关注的突发公共卫生事件。需要对疾病的潜在传播进行分层，以解决监测和疾病控制工作。本研究的目的是根据哥伦比亚安蒂奥基亚省（仅次于巴西的第二大受影响国家）的每日病例报告数据，通过具有隐式媒介动态的SIR模型，比较不同城市的寨卡病毒基本繁殖数。方法：推导并使用了一个简单的SIR模型和隐式向量动力学。根据每个时间单位中回收的个体，模型的近似解允许获得模型参数的估计值，包括基本繁殖数（Ro）及其95%置信区间。这些参数通过将模型的解拟合到来自区域监测系统的每日报告的累积病例数据来估计。结果：Ro估计为20个城市，都位于海拔低于2200米。2016年1月至4月，这些城市报告了17至347起病例。其中，15个城市的传播可能性很高（Ro>1），5个城市的传播可能性较小（Ro<1），尽管其中3个城市的传播可能较晚，因为其Ro的置信区间上限大于1。结论：寨卡病毒的监测和控制应主要针对Ro>1的城市。此外，在其余城市加强案件侦查和管理的战略应有利于整个安蒂奥基亚地区。
2016-09-19 q-bio.PE
Mathematical modelling of the first HIV/ZIKV co-infection cases in Colombia and Brazil
本研究构建HIV/ZIKV共感染数学模型，分析哥伦比亚和巴西的疫情传播规律，验证性传播的关键作用及共感染的健康风险，证实综合干预策略对控制病毒传播的重要性。
2024-04-16 math.DS q-bio.PE
COVID-19: A model for studying the evolution of contamination in Brazil
在本文中，我们介绍了一个流行病学模型的调查所造成的病毒流行病的传播。该模型特别适用于COVID-19，即由SARS-Cov-2病毒（又名“新型冠状病毒”）引起的疾病。SIR（Susceptible-Infectious-Adverted）模型被用来作为研究流行病演化的基础.尽管如此，我们已经修改了一些模型假设，以获得一个估计的污染免费高估的预测。这种扩展的模型，然后应用到最近在巴西的流行病的进展的情况下。在这方面，可以获得与当前数据提供的显著接近的传染病数量的演变。因此，我们评估了疾病传播的未来可能情况。关于人群易感性，我们考虑了不同的社会行为对隔离措施和预防措施的反应，以避免传染。我们的结论是，未来的情况下，流行病在很大程度上取决于社会行为采取的日期，以及对传染病控制措施。这些措施的范围很可能在未来几个月内造成数千、数百万或数千万的污染。
2020-04-08 physics.soc-ph q-bio.PE
Social Interaction Layers in Complex Networks for the Dynamical Epidemic Modeling of COVID-19 in Brazil
由于SARS-CoV-2病毒引起的大流行，我们目前生活在一种不确定的状态中。传染病传播涉及若干因素，如每个城市/国家的个别特点。流行病动力学的真实形态是一个庞大的复杂系统，就像大多数社会系统一样。在这种情况下，复杂网络是分析这些系统的一个很好的候选者，因为它们能够处理结构和动力学特性。因此，这项研究提出了一种使用多层复杂网络来模拟COVID-19流行病的新方法，其中节点代表人，边是社会联系人，层代表不同的社会活动。该模型改进了传统的SIR模型，并通过分析未来可能的行动及其后果来研究巴西的疫情。该网络使用感染、死亡和住院时间的统计数据来表征。为了模拟隔离，社交距离或预防措施，我们删除层和/或减少社交接触的强度。结果表明，即使采取各种乐观的假设，巴西目前的隔离水平仍然可能导致医疗保健系统的危急情况和相当大的死亡人数（平均为149，000人）。如果所有活动恢复正常，疫情增长可能会急剧增加，对ICU床位的需求可能会超过该国容量的3倍。这肯定会导致灾难性的情况，因为即使考虑到所有病例都得到有效治疗，我们的估计也达到平均212 000人死亡。增加隔离（直至封锁）是将情况保持在医疗保健系统能力范围内的最佳选择，除了确保新病例发生率更快地下降（月差异）和显著减少死亡人数（平均87，000人）。
2020-05-20 cs.SI physics.soc-ph q-bio.PE
An Optimal Predictive Control Strategy for COVID-19 (SARS-CoV-2) Social Distancing Policies in Brazil
全球COVID-19大流行（SARS-CoV-2病毒）是本世纪定义性的健康危机。由于缺乏疫苗和药物，可以帮助打击它，世界解决方案，以控制传播一直是考虑公共社会距离的措施，避免饱和的卫生系统。在这种情况下，我们研究了模型预测控制（MPC）框架，以确定社交距离政策的时间和持续时间。我们使用2020年3月至5月期间的巴西数据。由于没有进行大规模检测以及存在相关的无症状感染者，关于感染人数和死亡人数的现有数据受到次级通报的影响。我们估计SIR模型的变化，使用不确定加权最小二乘准则，同时考虑名义和不一致的数据条件。此外，我们在SIR模型的版本中添加了一个额外的动态状态变量，以模拟人口对政府制定的影响COVID-19传播速度的社交距离政策的反应。我们的控制框架是在一个混合逻辑形式主义，因为决策变量是强制二元（存在或不存在的社会距离政策）。包括驻留时间约束以避免这两个状态之间的剧烈切换。最后，我们提出了模拟结果来说明这种最优控制策略将如何运作。这些结果指出，在2020年8月中旬之前，不应放宽社交距离。如果放松是必要的，他们不应该在这个日期开始之前进行，应该在小的时期，不超过25天。这种模式将大致持续到2021年1月。第二个感染高峰期预计在10月初，如果缩短非隔离天数，就可以减少。
2020-05-21 cs.SY eess.SY math.DS
