Individual behaviors play an essential role in the dynamics of transmission of infectious diseases, including COVID--19. This paper studies a dynamic game model that describes the social distancing behaviors during an epidemic, assuming a continuum of players and individual infection dynamics. The evolution of the players' infection states follows a variant of the well-known SIR dynamics. We assume that the players are not sure about their infection state, and thus they choose their actions based on their individually perceived probabilities of being susceptible, infected or removed. The cost of each player depends both on her infection state and on the contact with others. We prove the existence of a Nash equilibrium and characterize Nash equilibria using nonlinear complementarity problems. We then exploit some monotonicity properties of the optimal policies to obtain a reduced-order characterization for Nash equilibrium and reduce its computation to the solution of a low-dimensional optimization problem. It turns out that, even in the symmetric case, where all the players have the same parameters, players may have very different behaviors. We finally present some numerical studies that illustrate this interesting phenomenon and investigate the effects of several parameters, including the players' vulnerability, the time horizon, and the maximum allowed actions, on the optimal policies and the players' costs.


翻译:个人行为在传染病的传播动态中起着不可或缺的作用, 包括COVID-19。 本文研究一个动态游戏模型, 描述流行病期间的社会偏移行为, 假设一系列参与者和个人感染动态。 玩家感染状态的演进遵循了众所周知的 SIR 动态的变异。 我们假设玩家不确定他们的感染状态, 因此他们根据个体认为的受感染、 受感染或迁移的概率来选择他们的行动。 每个玩家的成本取决于她的感染状态和与他人的接触。 我们证明存在纳什平衡, 并用非线性互补问题来描述Nash equilibria 的特征。 我们随后利用最佳政策的某些单一性特性, 以获得对纳什平衡的减序定性, 并将其计算减为低维度优化问题的解决方案。 我们发现, 即便在所有玩家具有相同参数的对称性案例中, 玩家也可能有非常不同的行为。 我们最后提出一些数字研究, 来说明这个有趣的现象, 并调查几个参数的影响, 包括玩家的脆弱度、 最大时间范围、 允许的行动和最佳政策。

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