Simplicial epidemic model with birth and death

双稳态 出生-死亡过程 流行病模型 爆发 国家(计算机科学) 理论(学习稳定性) 维数(图论) 数学 统计物理学 人口学 物理 计算机科学 医学 人口 病毒学 组合数学 量子力学 算法 机器学习 社会学
作者
Leng Hui,Yi Zhao,Jianfeng Luo,Yong Ye
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:32 (9) 被引量:14
标识
DOI:10.1063/5.0092489
摘要

In this paper, we propose a simplicial susceptible-infected-susceptible (SIS) epidemic model with birth and death to describe epidemic spreading based on group interactions, accompanying with birth and death. The site-based evolutions are formulated by the quenched mean-field probability equations for each site, which is a high-dimensional differential system. To facilitate a theoretical analysis of the influence of system parameters on dynamics, we adopt the mean-field method for our model to reduce the dimension. As a consequence, it suggests that birth and death rates influence the existence and stability of equilibria, as well as the appearance of a bistable state (the coexistence of the stable disease-free and endemic states), which is then confirmed by extensive simulations on empirical and synthetic networks. Furthermore, we find that another type of the bistable state in which a stable periodic outbreak state coexists with a steady disease-free state also emerges when birth and death rates and other parameters satisfy the certain conditions. Finally, we illustrate how the birth and death rates shift the density of infected nodes in the stationary state and the outbreak threshold, which is also verified by sensitivity analysis for the proposed model.
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