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Optimal vaccination strategies for an SEIR model of infectious diseases with logistic growth

最优控制 数学优化 流行病模型 接种疫苗 逻辑函数 离散化 人口 计算机科学 传染病(医学专业) 控制(管理) 数学 控制理论(社会学) 疾病 医学 人工智能 机器学习 病毒学 环境卫生 数学分析 病理
作者
Markus Thäter,Kurt Chudej,Hans Josef Pesch
出处
期刊:Mathematical Biosciences and Engineering [Arizona State University]
卷期号:15 (2): 485-505 被引量:14
标识
DOI:10.3934/mbe.2018022
摘要

In this paper an improved SEIR model for an infectious disease is presented which includes logistic growth for the total population. The aim is to develop optimal vaccination strategies against the spread of a generic disease. These vaccination strategies arise from the study of optimal control problems with various kinds of constraints including mixed control-state and state constraints. After presenting the new model and implementing the optimal control problems by means of a first-discretize-then-optimize method, numerical results for six scenarios are discussed and compared to an analytical optimal control law based on Pontrygin's minimum principle that allows to verify these results as approximations of candidate optimal solutions.
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