科學人雜誌
數學

數學建模對抗疫情

2021-06-01 舒宇宸
借助數學的抽象化能力,把人與人的互動轉化為各種模型,讓我們看清楚疫情的可能發展趨勢。

重點提要

  1. 現代的便利生活高度仰賴數學工具,例如簡訊傳送、網路加密,而數學其實也有助於防疫。
  2. 透過數學模型可以模擬病毒的擴散,基本的SEIR傳染病模型就是一例,可用於探究健康者、潛伏期、傳染者與康復者狀態的人數轉移過程。
  3. 數學中的滲流理論也能透過人與人之間的連結,進而預測疫情走向。
當你送出一則訊息、音檔、照片或影片給朋友時,曾想過這些資訊如何「精確、快速、安全」地發送到朋友的手機中嗎?要精確,發送方與接收方就必須有共同的語言(或網路協定),把訊息數位化之後經由電子訊號傳遞。發送的過程中,會使用檢查碼,甚至用糾錯碼來避免受到干擾或糾正錯誤。要快速,就需要壓縮傳輸的資料來節省傳輸時間。要安全,便需透過加密與解密,即使在傳輸過程中被他人竊聽,竊聽者也解不出原來的訊息。以上這些技術都仰賴數學工具,但我們往往感覺不到數學在其中扮演的角色,即使這種即時通訊過程早就變成我們現代人便利的必需品;也就是說,數學早在你不知道的情況下,無聲地融入你的日常生活。模擬病毒傳播2020年4月發生嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19,簡稱新冠肺炎)艦隊群聚感染時,磐石艦官兵來成功大學打球後,我就被學校通知要進行自我健康管理七天。原因是我曾經在教室指導一位與磐石艦官兵打球的學生,我與磐石艦官兵在社交網絡上屬於二度連結(也就是磐石艦官兵先連結到該學生再連結到我),所以我採行自我健康管理即可。但這套警示系統是怎麼完成的呢?成功大學校長蘇慧貞是公衛專家,於2020年疫情爆發之初,她就積極繪製師生與職...

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