Simulation of epidemics: agent-based approach

Abstract

Последствия эпидемий могут оказаться весьма негативными, приводить к значительным экономическим и социальным потерям, в связи с чем актуальными являются вопросы создания современных инструментов для тестирования стратегий снижения ущерба и разработки эффективных мер борьбы с эпидемиями. В статье обосновывается перспективность использования агент-ориентированных моделей для этих целей, на примерах агент-ориентированных моделей эпидемий, разработанных зарубежными исследователями. Проведен анализ архитектуры агент-ориентированных моделей распространения эпидемий и выявлены основные конструктивные концепции и ключевые компоненты для моделирования эпидемических процессов. Рассмотрены преимущества агентного подхода имитационного моделирования, позволяющие имитировать динамику распространения инфекционных заболеваний в максимально приближенной к реальному обществу неоднородной синтетической популяции, а также воспроизводить различные схемы и механизмы передачи конкретных контагиозных заболеваний с учетом демографических, социально-экономических и территориально-пространственных факторов. Использование агентного подхода имитационного моделирования предоставляет возможность исследовать течение эпидемических и инфекционных процессов на детализированном уровне, а также проигрывать всевозможные сценарии эпидемических вспышек, тестировать вариативные стратегии борьбы с эпидемией и оценивать влияние на динамику эпидемий многокомпонентных стратегий вмешательства. Результаты исследования передового опыта проектирования агент-ориентированных моделей распространения эпидемий планируется использовать для создания агент-ориентированной модели распространения эпидемии в условиях мегаполиса. The consequences of the epidemics can be extremely negative, causing significant social and economic losses. The perspectivity of using agent-based models for these purposes are substantiated using agent-based models of epidemics developed by foreign researchers as examples. An analysis of the architecture of agent-based models of epidemics is carried out, which allows determining the key components for modeling epidemic processes. The advantages of the agent-based approach of simulation are identified, which allow modeling the dynamics of the infectious diseases spread in a heterogeneous synthetic population as close to real society as possible, as well as reproducing numbers of patterns and mechanisms of transmission of specific contagious diseases, taking into account demographic, socio-economic and spatial factors. Applying the agent-based approach provides an opportunity to study the progression of epidemic and infectious processes at a micro-level, as well as run scenarios of epidemic outbreaks, test varied strategies for controlling the epidemic, and assess the impact of multicomponent intervention strategies on the epidemic dynamics. Keywords: agent-based modeling, computational epidemiology, agent-based models of the epidemic spread