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Métodos eficientes para la estimación de parámetros de modelos de ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales de cinética de hepatitis viral

Autores: Churkin, Alexander; Lewkiewicz, Stephanie; Reinharz, Vladimir; Dahari, Harel; Barash, Danny

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2020

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Acceso abierto

Artículo científico
2020

Métodos eficientes para la estimación de parámetros de modelos de ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales de cinética de hepatitis viral


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Estimación de parámetros
Ecuaciones diferenciales
Modelos estructurados por edades
Tratamiento antiviral
Método numérico
Optimización

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 30

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La estimación de parámetros en modelos matemáticos basados en ecuaciones diferenciales se conoce por ser de fundamental importancia. Para modelos sofisticados como modelos estructurados por edades que simulan agentes biológicos, la estimación de parámetros que aborda todos los casos de puntos de datos disponibles presenta un desafío formidable y se deben considerar eficiencias para que el método sea práctico. En el caso de modelos estructurados por edades de dinámica de hepatitis viral bajo tratamiento antiviral que tratan con ecuaciones diferenciales parciales, se desarrolló un método de estimación de parámetros completamente numérico que no requiere una aproximación analítica de la solución a las ecuaciones del modelo multiescala, evitando la necesidad de derivar la aproximación a largo plazo para cada modelo. Sin embargo, el método es considerablemente lento debido a problemas de precisión en la estimación de derivadas con respecto a los parámetros cerca de sus valores límite, lo que lo hace casi impráctico para uso general. Para superar esta limitación, se han tomado dos medidas que reducen significativamente el tiempo de ejecución en órdenes de magnitud y, por lo tanto, llevan a un método práctico. Primero, se utiliza optimización restringida, permitiendo al usuario agregar restricciones relacionadas con los valores límite de cada parámetro antes de que se ejecute el método. Segundo, la optimización se realiza mediante métodos libres de derivadas, eliminando la necesidad de evaluar costosas aproximaciones numéricas de derivadas. Los métodos recién eficientes que se desarrollaron como resultado del enfoque anterior se describen para modelos cinéticos de virus de la hepatitis C durante la terapia antiviral. Se proporcionan ilustraciones utilizando un simulador fácil de usar que incorpora los métodos eficientes tanto para los modelos de ecuaciones diferenciales ordinarias como para las ecuaciones diferenciales parciales.

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