如何拉平冠状病毒的曲线?一个数学家解释说


如何拉平冠状病毒的曲线?一个数学家解释说

前往澳大利亚的旅客现在必须自我隔离14天——这是澳大利亚总理斯科特·莫里森(Scott Morrison)上周末宣布的一系列措施之一,目的是减缓冠状病毒的蔓延,缓解医院病床上的压力。


流行病学家将这种减缓病毒传播的普遍概念称为“曲线变平”。流行病学家是研究疾病在不同人群中发生频率以及原因的专家。这个词在社交媒体上被广泛使用,因为公众被鼓励去实践“社交距离”。


但是,社会距离如何有助于使曲线变平呢?我们可以用数学家所说的“指数增长”来解释。

指数级增长


在流行病的早期,当大多数人都易受感染时,数学家可以将疾病在人与人之间的传播建模为一个随机的“分支过程”。

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如果一个感染者平均感染两个其他人,每一代感染者的数量就会增加一倍。这种复合被称为指数增长。

当然,被感染的人并不一定会感染其他人。有许多因素影响感染的可能性。在大流行中,增长率取决于一个人可以感染的平均人数,以及这些人自己感染所需的时间。

研究表明,全球确诊的冠状病毒感染病例呈指数级增长,大约每6天翻一番。


指数增长模型与现实情况非常吻合,比如当病毒首次在武汉出现,或当它到达意大利或伊朗时,从一个庞大的人群中的一小部分感染者开始。


但是一旦大量的人被感染,这就不是一个好的模式。这是因为感染者接触易感人群的机会减少了,只是因为周围易感人群的数量减少了,而且越来越多的人已经康复,并产生了一定程度的免疫力。


最终,感染者接触易感者的机会变得足够低,感染率下降,导致病例减少,最终,病毒传播的结束。

平缓曲线


世界各地的卫生当局一直无法完全阻止COVID-19的传播。如果病例每6天就增加一倍,那么医院,特别是重症监护病房(ICUs)将很快不堪重负,使患者得不到必要的护理。


但是,可以通过减少单个病例产生的平均病例数来减缓增长速度。这样做,同样数量的人可能会被感染,疫情将持续更长时间,但严重病例的数量将会分散。这意味着,如果你绘制一段时间内案件数量的图表,上升和下降的曲线更长,但其峰值更低。通过以这种方式“拉平曲线”,ICUs将不太可能耗尽容量。

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由于目前没有针对COVID-19的疫苗或特定药物,我们能够减少传播的唯一方法是通过良好的卫生、隔离疑似病例以及采取社会疏远措施,如取消大型活动和关闭学校。

避免“超级传播者”

当然,这种情况并不像简单的分支过程那样简单。有些人比其他人交往更多,可能会接触到许多不同的群体。

数学家将这些联系建模为一个社会网络,如下图所示。受感染的人是红结点,易感人群是蓝结点。图表中间的大节点是一个超级传播者,一个与许多人联系的人,因此更有可能传播疾病。

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干预措施有助于移除节点和断开连接。

在上面的图表中,大型的、高度连接的中心节点将是删除以中断连接的最佳节点。这就是为什么在COVID-19爆发期间避免大型公众集会是一个好主意的原因。

对社会距离的数学模拟显示,将网络分开有助于使感染曲线变平。

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