基于ABMS技术的艾滋病传播机制动态模拟研究

论文摘要

艾滋病在全球的广泛流行严重危害着人类健康,阻碍了社会经济发展,因此对艾滋病的传播进行模拟预测研究具有重要的现实意义。论文以复杂系统与复杂性理论作为研究背景,对艾滋病的传播过程进行探索性的动态模拟研究。在学习和总结前人对流行性传染病研究成果的基础上,论文采用基于Agent的建模与仿真(ABMS)技术进行艾滋病传播机制的动态模拟研究。主要研究内容包括以下几方面：论文详细阐述了复杂系统及其复杂性的相关理论方法。沿着一种“自底向上”的研究思路分别对Agent、复杂适应性系统(CAS)、多主体系统(MAS)和ABMS的概念、结构以及基本特征进行分析,并在此基础上形成了基于ABMS技术的艾滋病传播研究思路。接着详细分析了艾滋病传播特征和传播机制的复杂性,将现实世界抽象为两种类型：一是代表人的主体Agent和代表环境的对象,完成它们属性特征和行为方法的设计；二是建立Agent与Agent、Agent与环境之间的相互转换规则。这是ABMS框架建立的基础。ABMS框架分为三个部分：领域模型、设计模型和可操作模型。领域模型是对艾滋病传播机制的具体描述,主要反映了Agent所处的社会环境；设计模型适当的考虑了地理空间要素,体现了Agent所处的自然环境；可操作模型是利用程序设计语言和高级仿真软件模型库对上述两种情况的综合性表达,并加入时间因子,使Agent和环境对象的状态以及它们之间的相互转换随时间变化而变化。整个模型呈现出一种由微观到宏观的现象。在众多的建模仿真平台中,Repast成为首选。由于时间和水平有限,论文使用Repast S可视化IDE平台,完成了微观层次上艾滋病传播机制的模拟研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 流行性传染病
• 1.1.2 全球传播现状
• 1.1.3 国内传播现状
• 1.2 流行病研究模型
• 1.2.1 决定论模型阶段
• 1.2.2 空间分析模型
• 1.2.3 元胞自动机模拟模型
• 1.2.4 智能体模拟模型
• 1.3 模型的比较
• 1.3.1 CA与ABMS特征的比较
• 1.3.2 CA与ABMS技术层面上的比较
• 1.4 研究目标和研究内容
• 1.5 研究思路和组织结构
• 1.5.1 论文的研究思路
• 1.5.2 论文的组织结构
• 第2章 复杂系统研究的相关理论方法
• 2.1 复杂系统
• 2.1.1 复杂系统概述
• 2.1.2 复杂系统的特点
• 2.2 复杂适应性系统
• 2.2.1 CAS理论
• 2.2.2 CAS理论的核心思想
• 2.3 Agent技术
• 2.3.1 Agent的基本特征与行为
• 2.3.2 Agent的内部结构
• 2.3.3 Agent的体系结构
• 2.4 多主体系统
• 2.4.1 MAS概述
• 2.4.2 MAS的基本特征
• 2.4.3 MAS的关键问题
• 2.5 ABMS技术相关理论方法
• 2.5.1 ABMS的主要概念与思想
• 2.5.2 ABMS的特点
• 2.6 本章小结
• 第3章 艾滋病传播规则的设计
• 3.1 艾滋病的传播基本特征
• 3.1.1 艾滋病传播的基本条件
• 3.1.2 艾滋病的传播方向
• 3.1.3 促进艾滋病传播的影响因素
• 3.1.4 HIV传播的机制及其复杂性
• 3.2 Agent的设计
• 3.2.1 Agent属性信息的定义
• 3.2.2 Agent行为特征的定义
• 3.3 环境的设计
• 3.3.1 环境因素的表达
• 3.3.2 环境特征的设计
• 3.4 相互作用转换规则
• 3.4.1 Agent与Agent之间的相互作用
• 3.4.2 Agent与环境之间的相互作用
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于ABMS技术的艾滋病传播模型设计
• 4.1 模型设计的整体思路
• 4.2 艾滋病传播的ABMS框架描述
• 4.2.1 领域模型
• 4.2.2 设计模型
• 4.2.3 可操作模型
• 4.3 过程设计
• 4.3.1 模型设计的原则
• 4.3.2 建模原理
• 4.3.3 建模流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 艾滋病传播机制的初步模拟研究
• 5.1 建模仿真工具
• 5.1.1 ABMS建模的特点
• 5.1.2 开发语言
• 5.1.3 建模仿真平台
• 5.2 Repast
• 5.2.1 Repast 3
• 5.2.2 Repast S
• 5.3 实现方法
• 5.3.1 模型运行原理
• 5.3.2 创建主体模型类
• 5.3.3 创建空间环境
• 5.3.4 输入、输出类
• 5.4 传播机制模拟实现
• 5.4.1 Agent与Agent之间相互作用的模拟
• 5.4.2 Agent与环境的相互作用的模拟
• 5.4.3 实验结论
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要研究工作和研究结论
• 6.2 研究的创新点及存在的问题
• 6.3 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果