Mathematical modeling of infectious disease at scale is important, but challenging. Some of these difficulties can be alleviated by an approach that takes diagrams seriously as mathematical formalisms in their own right. Stock & flow diagrams are widely used as broadly accessible building blocks for infectious disease modeling. In this chapter, rather than focusing on the underlying mathematics, we informally use communicable disease examples created by the implemented software of StockFlow.jl to explain the basics, characteristics, and benefits of the categorical framework. We first characterize categorical stock & flow diagrams, and note the clear separation between the syntax of stock & flow diagrams and their semantics, demonstrating three examples of semantics already implemented in the software: ODEs, causal loop diagrams, and system structure diagrams. We then establish composition and stratification frameworks and examples for stock & flow diagrams. Applying category theory, these frameworks can build large diagrams from smaller ones in a modular fashion. Finally, we introduce the open-source ModelCollab software for diagram-centric real-time collaborative modeling. Using the graphical user interface, this web-based software allows the user to undertake the types of categorically-rooted operations discussed above, but without any knowledge of their categorical foundations.


翻译:大规模传染病的数学建模很重要,但具有挑战性。 其中一些困难可以通过一种方法来缓解。 这种方法将图表作为数学形式本身的数学正规主义严肃地对待。 库存和流程图被广泛用作传染病建模的可广泛获取的构件。 在本章中,我们不以基本数学为重点,而是非正式地使用StockFlow.jl软件所创建的传染性疾病范例来解释绝对框架的基本、特点和好处。 我们首先描述绝对的存量和流程图,并指出库存和流程图及其语义学之间的明确区分,展示了软件中已经实施的语义学的三个例子:ODE、因果循环图和系统结构图。 然后我们为库存和流程图建立构成和分级框架和示例。 应用分类理论, 这些框架可以以模块方式从较小的模型中构建大图表。 最后, 我们引入了用于图表核心实时合作建模的开放源代码模型软件。 使用上面的图形用户界面, 这个基于网络的软件可以让用户使用其直截面的操作类型, 来进行模块式的操作。

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