基于人类集群行为的复杂网络流行病动力学研究

This project aims at the study of human-population-behavior-driven epidemic evolution, prediction, and control on complex networks, which, with the basis of complex network infectious models and dynamics evolution, synthesizes the meta-population and agent-based models, and focus on the three main aspects of human population behaviors: long distance travel, close spatial-temporal contact, and individual adaptive decision. In this four-year program, to predict the prevalence of infections with effective countermeasures, we will devoted ourselves to finding the answers of several key problems, including (1) the infectious threshold analyses of meta-populations as well as the scaling evolution with the heterogeneity in both the true air traffic and human migration patterns, (2) the interdependence between infectious epidemic thresholds and human population behaviors with the impact from close spatial temporal contact and long distance travel, (3) the coevolution of individual adaptive decisions and temporal network epidemic dynamics. . SARS shocked the whole world, and the A-H1N1 has prevailed globally again. This project targets to disentangle the dense interactions among complex network epidemic dynamics and human population migration/contact patterns, and, with the mechanisms of individual adaptive gaming decisions, advances the theory of epidemic infection criticality as well as the dynamics analysis and control. The outcome of this project supposes to enhance the understanding of the essence of reality epidemic prevalence and the dynamic evolution in the human society, the theoretic outcomes and approaches of which may benefit reliable predictions and effective countermeasures of the outbreak and global prevalence of epidemic diseases in human populations.

本项目立足于复杂网络流行病传染模型与动力学演化，综合复合种群与主体模型，围绕人类集群行为的长途迁移、近距离时空接触和个体自适应决策三个方面，研究基于人类集群行为的复杂网络流行病动力学演化、预测与控制，重视基于实际航空流量与人群迁移模式双重异质性的复合种群传染临界条件和标度演化解析，分析基于个体近距离时空接触和长途迁移模式下流行病临界阈与人类集群行为的相互影响，剖析个体自适应决策与复杂时效网络流行病动力学共演机制等关键问题，以期能预测大范围疫情的流行并提出有效控制对策。.SARS曾经震动世界，甲流又再次席卷全球。本项目将力争厘清人类集群的接触/迁移等行为模式与复杂网络流行病动力学的内在联系，融合个体自适应决策博弈机制，完善流行病传染临界理论和动力学分析与控制的体系，推动对现实社会流行病传播与动力学演化机制的理解，为可靠预测和有效控制（全球性）大规模疫情的爆发与蔓延提供理论依据和方法指导。

本项目立足于复杂网络流行病传染模型与动力学演化，综合复合种群与主体模型，研究基于人类集群行为的复杂网络流行病动力学演化、预测与控制等科学问题。重点研究人类集群行为的典型模式，分析复杂（种群）网络的流行病传染临界条件和演化动力学，研究大尺度空间范围的复杂网络流行病演化动力学、预测及其控制，研究网络集群自适应决策的演化博弈理论及其对控制复杂（种群）网络流行病扩散的影响。..项目组在负责人李翔教授的领导下，按照研究计划开展了系统深入的研究和自由探索，着重研究了人类集群行为与复杂种群网络流行病传播机制之间的若干科学问题，主要包括：探明了人群接触行为的时效模体和阵发属性并提出了时效网络模型，发现了“熟悉的陌生人”在人群线下交互关系的重要性并构建了新的有效分类算法；解析得到了考虑时变、时序等时效属性的复杂网络流行病传播阈值，系统构建了基于病例统计时间序列的复合种群网络传播参数、入侵路径等辨识算法和预测模型；分析了个体自主决策机制与网络复杂拓扑结构相互影响下的策略一致性涌现的演化博弈理论，结合零行列式策略给出了免疫博弈的最优策略集。项目组进一步延伸开展了时效网络能控性研究，率先给出了若干时效网络能控性的代数条件和几何判据。此外，项目组也围绕多主体网络的集群协同行为开展了一系列自由探索研究并取得创新成果。..整个项目研究进展顺利，与国内外学术界交流密切并取得重要影响。项目组负责人李翔教授在国内外重要的学术会议上应邀做大会报告/特邀报告20余次，项目组成员参加国内外学术会议50余人次。整个项目组出版1部学术著作和2部著作邀请整章，在国内外权威学术期刊发表30篇期刊论文，其中SCI收录期刊27篇，包括IEEE汇刊论文10篇（长文8篇），Nature期刊Scientific Reports 2篇，邀请综述3篇。根据Web of Science统计已被引用300余次，2篇论文入选ESI高引论文。发表24篇国内外学术会议论文，获得授权2项国家软件著作权。本项目培养毕业3名博士生和5名硕士生，1人获得上海市优秀博士学位论文。超额且高质量地完成了各项预定研究成果指标。项目组负责人李翔教授2014年获得国家杰出青年科学基金，2015年作为第二完成人完成的“复杂网络演化动力学分析与控制”获得国家自然科学二等奖，并入选科技部创新人才推进计划——中青年科技创新领军人才等奖项和荣誉。

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