程序模拟新冠病毒传播,视频火出B站:必须居家隔离,戴口罩至关重要

急不可耐往外跑,模型说你还太早!疫情看起来被控制住了?程序模拟结果说明,这场战争还远未结束。

刚过二十四节气中的立春,很多地方气温开始回升,而北京地区昨天还迎来了一场漂亮的雪,很多人都想要出门。但是,现在到可以出门的时候了吗?NO!

近日,有位 B 站 up 主通过程序模拟的方式展示了新型冠状病毒的传播方式,特别是在人们不出门和出门的情况下。从结果来看,在没有隔离措施的情况下,程序展示了一幅病毒传播的骇人图景。在这样的情况下,作为普通公民,唯有坚持闭门不出,我们才可能打赢这场疫情防卫站。

视频地址:https://www.bilibili.com/video/av86478875

骇人的传播图景

在视频中,up 主首先介绍了程序模拟的情况。可以看到,假设图上的白点都是某城市的健康人类,红点为感染者,在设定人群流动一项为正常的情况下,病毒将快速传播,最后将人群全部感染:

我们知道,疾病的传播需要三个要素:传染源、传播途径和易感人群。只要切断传播途径就无法传染。所以在没有医院干预的情况下,如果所有人都闭门不出(切断传播途径)呢?

可以看到,病毒传播的速度大幅降低,在一定时间内几乎没有感染多少人。这时候如果加入「医院」这个变量,就可以看到疫情很快被消灭的情况。

但是另一方面,在疫情开始蔓延的时候,人们往往并不重视隔离这个因素,这时候没有控制人员流动。那么,即使有医院建立隔离区开始收治病患,疾病依然会快速蔓延,以至于难以收场。

这时候就看到了扩大定点医院规模、建立专门医院(火/雷神山医院)集中收治的作用了。在扩大隔离病床规模的情况下,疫情被遏制:

那么,扩大了隔离床位的规模,是否就意味着自我隔离并不重要了呢?大错特错。

首先,医院有收治病人的响应时间(包括排队挂号、候诊、病毒核酸测试等),并不是任何一个感染者都可以立即被隔离治疗。这就意味着,一旦病人数量激增,医院响应时间下降,疫情本身就会变得不可收拾。

更重要的一点是,这次的新型冠状病毒肺炎有 14 天的潜伏期,而潜伏期依然具有传染性!

潜伏期就意味着医院响应的时间被变相增加了很多,处于潜伏期的感染者如果还像没事儿人一样流动,就会造成严重的感染情况。

在潜伏期,正是因为几乎没有任何症状,感染者在可以随意流动的情况下感染了数量庞大的健康人群。当潜伏期结束后,病人数量激增,医院没有足够的隔离床位资源收治病人,最后就会造成不可挽回的局面。

所以,从以上的分析中可以得出结论:不管你自己感觉如何,在国家没有明确通知的情况下,要尽可能避免不必要的外出。如果必须外出,需要佩戴口罩!

极简版「瘟疫公司」:模型展示病毒传播

在用视频劝诫大众减少外出的同时,up 主「Ele 实验室」也在 GitHub 上公开了模拟程序的代码。该病毒传播模型通过 Java 完成,如果读者安装了 JDK,那么通过 IntelliJ IDEA 就能成功模拟病毒的传播过程。目前该项目已经有了 700+的 Star 量,很多开发者已经验证——这些代码是能跑的。

项目地址:https://github.com/KikiLetGo/VirusBroadcast


在项目的「Issues」中,「请问怎么导入代码使用?」展示了如何在本地跑代码。你需要下载代码,导入 src 目录下的代码,然后配置 IDEA,就能让模型跑起来。如下所示为其它开发者模拟疫情传播的结果:


下图展示了该项目的代码结构,开发者通过正态分布模拟人群分布与移动分布。虽然假设非常简单,但强悍的正态分布还是能大致体现自我隔离的重要性。


在这些文件中,如果读者不了解 Java 语言,那么可以直接修改 Constants.java 文件中的参数。下图展示了最为重要的模拟参数,通过调整医院、人口流动和潜伏期等条件,我们可以清晰地看到病毒传播呈不同的形态。

当然,项目开发者的主要目的在于劝诫我们不要停止自我隔离,模型也只是最理想的情况。如果有开发者熟悉 JAVA,以及各种复杂的条件,那么你也可以为这样的朴素病毒传播模型加上新的限制。

例如人群的流动意向,如果因为地方政策限制了人群流动,人群只能在局部区域活动。那么这种限制的力度如何映射到最终病毒传播速度?或者说,在乘坐主要的交通工具时,乘客都会经过严格的肺炎新病毒预检验,这对病毒的传播速度又有什么样的影响。

感染者初始化,让那个幸运的家伙成为感染者吧。

口罩多重要?早有视频宣教

值得注意的是,此前在 B 站上也有一个大火的视频,介绍了关于本次疫情的相关情况。其中很重要的一个信息是:口罩的作用。

视频地址:https://www.bilibili.com/video/av86216616

从视频中可以看出,病毒可能经由飞沫传播,没有防护措施很容易被感染。

此外,口罩的选择也非常重要。近日,国家卫健委出台了《不同人群选用口罩指引》。


有一个例子说明,没有佩戴口罩的情况下,感染新冠病毒的可能性非常高。

据宁波市江北区消息,最近新增的一例确诊病例,由于和已感染的某位确诊病例在菜市场摊位有过 15 秒的近距离接触,且两人都没有佩戴口罩,最终被感染。


另外,当病毒在无干预条件下传播时,其 R0 值非常之高,只有自我隔离,才能有效降低这一数值。自我隔离应对疫情非常有效。

所以,疫情当前,请大家尽量不出门,勤洗手,戴好口罩。
工程模拟应用程序新型冠状病毒
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在数学和统计学裡,参数(英语:parameter)是使用通用变量来建立函数和变量之间关系(当这种关系很难用方程来阐述时)的一个数量。

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映射指的是具有某种特殊结构的函数,或泛指类函数思想的范畴论中的态射。 逻辑和图论中也有一些不太常规的用法。其数学定义为:两个非空集合A与B间存在着对应关系f,而且对于A中的每一个元素x,B中总有有唯一的一个元素y与它对应,就这种对应为从A到B的映射,记作f:A→B。其中,y称为元素x在映射f下的象,记作:y=f(x)。x称为y关于映射f的原象*。*集合A中所有元素的象的集合称为映射f的值域,记作f(A)。同样的,在机器学习中,映射就是输入与输出之间的对应关系。

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