数学物理学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (3): 970-984.

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一类具有 Dirichlet 边界条件的年龄-空间结构HIV/AIDS传染病模型的动力学分析

吴鹏1,2,*(),王秀男3,何泽荣4   

  1. 1杭州电子科技大学理学院 杭州 310018
    2浙江财经大学数据科学学院 杭州 310018
    3美国田纳西大学查塔努加分校数学系 查塔努加田纳西州 37403
    4杭州电子科技大学运筹与控制研究所 杭州 310018
  • 收稿日期:2022-08-03 修回日期:2023-02-12 出版日期:2023-06-26 发布日期:2023-06-01
  • 通讯作者: 吴鹏 E-mail:hzpengwu@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(12201557);国家自然科学基金(11871185);浙江省教育厅一般项目(Y202249921)

Dynamical Analysis of an Age-Space Structured HIV/AIDS Model with Homogeneous Dirichlet Boundary Condition

Wu Peng1,2,*(),Wang Xiunan3,He Zerong4   

  1. 1School of Sciences, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018
    2School of Data Sciences, Zhejiang University of Finance & Economics, Hangzhou 310018
    3Department of Mathematics, University of Tennessee at Chattanooga, Chattanooga, TN 37403, USA
    4Institute of Operational Research and Cybernetics, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018
  • Received:2022-08-03 Revised:2023-02-12 Online:2023-06-26 Published:2023-06-01
  • Contact: Peng Wu E-mail:hzpengwu@163.com
  • Supported by:
    NSFC(12201557);NSFC(11871185);Foundation of Zhejiang Provincial Education Department(Y202249921)

摘要:

为了探讨个体扩散、感染年龄和 Dirichlet 边界环境对 HIV/AIDS 时空传播动力学的影响, 该文构建了一类具有齐次 Dirichlet 边界条件的年龄空间结构 HIV/AIDS 传染病动力学模型. 首先, 应用特征线方法, 作者将模型转化为一个积分反应扩散方程模型. 其次, 作者给出模型基本再生数 R0 的泛函表达式, 并研究了以R0 为阈值的模型解的动力学行为. 具体地, 当R0<1时, HIV/AIDS 在人群中可以被消除; 而当 R0>1时, HIV 感染在人群中会持续存在. 最后, 在二维空间区域中作者通过数值模拟验证了文中理论结果.

关键词: HIV/AIDS 模型, Dirichlet 边界条件, 年龄-空间结构, 基本再生数, 阈值动力学, 一致持久性

Abstract:

In order to explore the impact of human movement, infection age, and a hostile boundary environment on the HIV/AIDS spatiotemporal transmission dynamics, we construct an age-space structure model with homogeneous Dirichlet boundary condition. Applying the method of characteristics, we transform the model into a system of a reaction-diffusion equation and an integral equation. We derive the basic reproduction ratio R0 and investigate the threshold dynamics in terms of R0. Out theoretical results show that, under appropriate conditions, the disease can be eliminated when R0<1 and the infection is uniformly persistent among the population when R0>1. We verify the theoretical result by numerical simulations in a two-dimensional spatial domain.

Key words: HIV/AIDS model, Dirichlet boundary condition, Age-space structured, Basic reproduction ratio, Threshold dynamics, Uniform persistence

中图分类号: 

  • O175.1