The adoption of containment measures to reduce the amplitude of the epidemic peak is a key aspect in tackling the rapid spread of an epidemic. Classical compartmental models must be modified and studied to correctly describe the effects of forced external actions to reduce the impact of the disease. The importance of social structure, such as the age dependence that proved essential in the recent COVID-19 pandemic, must be considered, and in addition, the available data are often incomplete and heterogeneous, so a high degree of uncertainty must be incorporated into the model from the beginning. In this work we address these aspects, through an optimal control formulation of a socially structured epidemic model in presence of uncertain data. After the introduction of the optimal control problem, we formulate an instantaneous approximation of the control that allows us to derive new feedback controlled compartmental models capable of describing the epidemic peak reduction. The need for long-term interventions shows that alternative actions based on the social structure of the system can be as effective as the more expensive global strategy. The timing and intensity of interventions, however, is particularly relevant in the case of uncertain parameters on the actual number of infected people. Simulations related to data from the first wave of the recent COVID-19 outbreak in Italy are presented and discussed.


翻译:采取遏制性措施以减少流行病高峰的扩大是处理流行病迅速蔓延的一个关键方面。必须修改和研究典型的分门别类模式,正确描述为减少疾病影响而被迫外部行动的影响。必须考虑社会结构的重要性,例如最近COVID-19大流行中证明至关重要的年龄依赖性,此外,现有数据往往不完全,而且差异很大,因此从一开始就必须将高度不确定因素纳入模式。在这项工作中,我们通过在有不确定数据的情况下制定社会结构化流行病模式来处理这些问题。在引入最佳控制问题之后,我们立即制定控制方法,使我们能够获得新的反馈、控制性分离模型,从而能够描述流行病高峰的减少。长期干预的必要性表明,基于系统社会结构的替代行动可能与更昂贵的全球战略一样有效。但是,干预的时机和强度对于受感染者的实际人数的不确定参数特别相关。与最近爆发COVID-19意大利爆发的第一波的数据有关的模拟是讨论的,意大利最近爆发的COVID-19爆发的第一波的数据。

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