いろいろなことを考察する

シンプル SIR における「感染者数」の倍加時間は、R0、T の関数


  • 流行初期の「感染者数」の倍加時間と、R0、T との関係を考えます。
  • 単に「倍加時間」と書いてあると、多くの場合は「感染者数」ではなく「新規感染者数」を論じています。ご注意下さい。
  • ここで検討しているのは、シンプルな SIR モデルです。


(いずれ他の件とつながる予定です。)

以下は、シンプルな SIR モデル https://sarkov28.hatenablog.com/entry/2021/01/04/113012 での検討です。

 S, I の初期値を、 S ( 0 ), I ( 0 ) とします。
モデルがシンプル SIR ならば、流行初期の「指数関数的増大時」には
 I ( t ) = I ( 0 ) exp ( ( βS ( 0 ) - γ ) t ) です。 …… (1)

ある時点  t t + ⊿t において、感染者数が倍加しているなら、
 I ( t+⊿t ) / I ( t ) = 2 です。…… (2)

(2)の左辺は、(1)を使うと、
 I ( t+⊿t ) / I ( t )
 = exp ( ( βS ( 0 ) - γ ) ( t + ⊿t ) )  / exp ( ( βS ( 0 ) - γ ) t )
 = exp ( ( βS ( 0 ) - γ ) ⊿t ) です。…… (3)
(2)と(3)と  e を底とする  log を使うと
 ( βS ( 0 ) - γ ) ⊿t = log2
となるので、
 ⊿t = log2 / ( βS ( 0 ) - γ ) …… (4)
となります。

この右辺の  ( βS ( 0 ) - γ ) は、 β = R0γ/N を使うと、
 ( βS ( 0 ) - γ ) = γ ( ( R0 S ( 0 )/N ) - 1 )
であり、流行初期では  S ( 0 ) ≒ N (=全人口)なので、
 S ( 0 ) / N ≒ 1 であるため、…… (5)
 ( βS ( 0 ) - γ ) = γ( R0 - 1 ) …… (6)
となります。

(4)(6)から、感染者数が倍加する  ⊿t は、
 ⊿t = log2 / ( γ ( R0 - 1 ) )
 ⊿t = T \ log2 / ( R0 - 1 ) …… (7)
となります。

シンプルSIR の流行初期においては、
感染者数の倍加時間  ⊿t は、 R0 T(あるいは、 R0 γ)の関数(7)です。

上記で、(7)は、流行初期でのみ成立する近似(1)(5)を使っています。
(7)は、流行初期に、近似的にのみ成立します。



更新履歴

  • 2022-05-13
    公開。
  • 2023-09-24
    少し加筆しました。主旨は変わっていません。