Hopf bifurcación y control óptimo en un modelo de epidemia de ébola con pérdida de inmunidad y múltiples retrasos
Autores: Ismail, Halet; Shangerganesh, Lingeshwaran; Msmali, Ahmed Hussein; Bourazza, Said; Meetei, Mutum Zico
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Hopf bifurcación y control óptimo en un modelo de epidemia de ébola con pérdida de inmunidad y múltiples retrasos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Limitaciones de recursos
Decaimiento de la inmunidad
Retrasos
Modelo de epidemia de Ébola
Estrategia de control óptimo
Bifurcación de Hopf
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Este documento estudia los efectos de las limitaciones de recursos, la disminución de la inmunidad y los retrasos en un modelo de epidemia de Ebola y una estrategia de control óptimo. El modelo incluye dos tipos de retrasos: un retraso en el período de incubación de individuos infectados y un retraso en el tratamiento. Se verifican las condiciones para una bifurcación de Hopf en el equilibrio endémico, con su dirección y estabilidad analizadas a través de la teoría de forma normal y el teorema de la variedad central. También estudiamos el problema de control óptimo para el modelo de retraso SIRD utilizando campañas educativas y la inmunidad de los supervivientes de Ebola como variables de control. Además, formulamos un problema de optimización basado en el principio del máximo de Pontryagin. Este problema utiliza un enfoque modificado de Runge-Kutta con retrasos para descubrir la mejor estrategia de control para reducir las infecciones y los costos de intervención. Finalmente, los resultados de la simulación confirman las conclusiones analíticas y muestran las implicaciones prácticas del plan de control óptimo de Ebola utilizando el solucionador incorporado dde23 de MATLAB R2024a y DDE-Biftool.
Descripción
Este documento estudia los efectos de las limitaciones de recursos, la disminución de la inmunidad y los retrasos en un modelo de epidemia de Ebola y una estrategia de control óptimo. El modelo incluye dos tipos de retrasos: un retraso en el período de incubación de individuos infectados y un retraso en el tratamiento. Se verifican las condiciones para una bifurcación de Hopf en el equilibrio endémico, con su dirección y estabilidad analizadas a través de la teoría de forma normal y el teorema de la variedad central. También estudiamos el problema de control óptimo para el modelo de retraso SIRD utilizando campañas educativas y la inmunidad de los supervivientes de Ebola como variables de control. Además, formulamos un problema de optimización basado en el principio del máximo de Pontryagin. Este problema utiliza un enfoque modificado de Runge-Kutta con retrasos para descubrir la mejor estrategia de control para reducir las infecciones y los costos de intervención. Finalmente, los resultados de la simulación confirman las conclusiones analíticas y muestran las implicaciones prácticas del plan de control óptimo de Ebola utilizando el solucionador incorporado dde23 de MATLAB R2024a y DDE-Biftool.