复杂网络中自组织接种策略研究

论文摘要

一直以来,传染病对人类健康和生命造成了严重的威胁,了解人类自愿接种疫苗行为在根除疫苗可预防传染病方面发挥着至关重要的作用。近年来,复杂网络理论与流行病学相结合已经成为流行病学研究的主要趋势之一,并已取得较多的研究成果。本文在前人研究的基础上,提出了几种不同的接种策略,并进行了深入的研究。主要的研究内容如下:首先,在考虑是否需要接种疫苗时,理性的个体会通过权衡接种成本和感染患病的成本做出接种决策。然而事实上,个体是否接种通常会受到其邻居接种行为的影响。有鉴于此,本文通过综合考虑个体的历史接种经验和社会影响对接种决策的影响,提出了一种融合个体理性和社会影响的自组织机制来研究个体的自愿接种行为。通过在复杂网络中对疾病的传播与接种策略进行模拟,本文研究了社会影响和个体理性在不同的接种成本下,对最终疫苗覆盖水平的综合影响。研究结果表明,在自愿接种疫苗中,基于社会影响的行为对公共疫苗覆盖水平的影响大于基于记忆的理性行为,表明了社会指导在疾病干预和控制中的重要性。其次,虽然个体在做接种决策时会同时受到其历史接种经验和社会邻居的影响,但是,个体在多大程度上基于理性做出接种决策是一个比较困惑的问题。在本文中,我们提出了一种基于强化学习的机制来刻画具有有限理性的个体自愿接种决策过程。在该机制中,每个个体可以根据其历史选择和相关收益自适应地选择基于理性还是社会影响做出接种决策。通过模拟,在不同接种成本下,研究有/无强化学习的决策机制在疫苗覆盖率、最终流行病规模、平均收益和疫苗有效性等方面的表现。研究结果表明,强化学习可以通过平衡个体的理性和社会影响来提高疫苗的有效性。这表明了适当利用人类有限理性对预防疾病流行的重要性。最后,对疾病严重程度的感知对个体的接种决策具有重大影响。在疫苗可预防疾病流行期间,社交网络中的个体可以基于公共卫生管理部门公布的全局疫情信息或者从其社会邻居获得的局部疫情信息来感知感染的风险。之后,他们可以通过权衡疫苗接种成本和感染患病的成本来合理决定是否接种疫苗。在这种情况下,社交网络结构和个体的风险感知策略都将影响最终的疫苗覆盖率。有鉴于此,本文提出了三种静态决策机制,即Local-G1机制、Local-G2机制和Global-G机制。每种机制都根据不同的局部或全局信息模拟人类接种疫苗的行为。进一步,本文提出了基于强化学习的自适应决策机制,个体可以利用其历史接种经验来自适应地决定使用哪种信息来估计疫情的严重性。通过在三种不同类型的社交网络上进行模拟,我们研究了网络结构、信息来源、相对接种风险和个体社会关系对最终疫苗覆盖率和流行规模的影响。综上所述,本文的主要贡献如下:（1）提出了一种融合个体理性和社会影响的自组织接种机制来研究个体的自愿接种行为,研究发现社会指导在疾病干预和控制中起着重要的作用。（2）提出了一种基于强化学习的机制来刻画具有有限理性的个体自愿接种决策过程,研究发现适当利用人类有限理性对预防疾病流行的重要性。（3）提出了一种基于疫情感知的自愿接种机制,个体基于不同的局部或全局疫情信息感知感染的风险,研究发现个体基于二阶邻居的疫情信息会高估感染的风险,并且度数高的个体也会高估感染的风险。这些结果和发现可以为设计基于激励的疫苗接种政策和季节性流行病的干预策略提供新的见解。

论文目录

• 详细摘要
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 经典接种博弈研究
•     1.2.2 复杂网络上的接种行为研究
•   1.3 论文研究内容
•   1.4 论文组织结构
• 第二章 相关研究
•   2.1 引言
•   2.2 复杂网络结构
•     2.2.1 随机网络
•     2.2.2 规则网络
•     2.2.3 随机规则网络
•     2.2.4 无标度网络
•     2.2.5 小世界网络
•   2.3 传染病传播模型
•     2.3.1 经典传播模型
•     2.3.2 复杂网络上的传染病传播模型
•   2.4 传染病接种策略
•     2.4.1 接种博弈
•     2.4.2 复杂网络上的常见免疫策略
•   2.5 几种经典强化学习算法
•     2.5.1 ∈-贪心算法
•     2.5.2 Softmax算法
•   2.6 本章小结
• 第三章 融合个体理性和社会影响的自愿接种机制
•   3.1 引言
•   3.2 模型与算法
•     3.2.1 疾病传播与接种
•     3.2.2 基于个体理性机制的自愿接种模型
•     3.2.3 基于社会影响机制的自愿接种模型
•     3.2.4 模型算法
•   3.3 仿真与结果
•     3.3.1 仿真设计
•     3.3.2 个体理性对自愿接种的影响
•     3.3.3 社会影响对自愿接种的影响
•     3.3.4 混合机制对自愿接种的影响
•     3.3.5 局部环境对自愿接种的影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于强化学习的自愿接种机制
•   4.1 引言
•   4.2 模型与算法
•     4.2.1 强化学习的自适应决策模型
•     4.2.2 模型算法
•   4.3 实验方法与结果
•     4.3.1 仿真设计
•     4.3.2 强化学习机制对自愿接种行为的影响
•     4.3.3 接种成本对接种决策机制选择的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于疫情感知的自愿接种机制
•   5.1 引言
•   5.2 疫情严重性感知模型
•     5.2.1 基于局部或全局环境的疫情感知模型
•     5.2.2 基于强化学习自适应决策模型
•   5.3 仿真与结果
•     5.3.1 仿真设计
•     5.3.2 静态决策机制对自愿接种的影响
•     5.3.3 个体的社会关系对自愿接种的影响
•     5.3.4 自适应个体的自愿接种决策分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本文总结
•   6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘光亮

导师: 史本云,邵勇

关键词: 复杂网络,自组织,接种决策,自适应决策,强化学习

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 数学,预防医学与卫生学

单位: 杭州电子科技大学

分类号: R186;O157.5

总页数: 76

文件大小: 5948K

下载量: 44