Analysis of an optimal control problem for a spatio‐temporal SIR model with nonlinear density dependent diffusion terms

独特性 非线性系统 最优控制 数学 扩散 应用数学 不动点定理 扩散过程 人口 入射(几何) 班级(哲学) 数学优化 流行病模型 控制(管理) 数学分析 计算机科学 几何学 物理 创新扩散 人工智能 人口学 社会学 热力学 量子力学 知识管理
作者
Mohamed Mehdaoui,Abdesslem Lamrani Alaoui,Mouhcine Tilioua
出处
期刊:Optimal Control Applications & Methods [Wiley]
卷期号:44 (4): 2227-2256 被引量:10
标识
DOI:10.1002/oca.2976
摘要

Summary This paper focuses on the study of an optimal control problem for a new spatio‐temporal SIR epidemic model with nonlinear density dependent diffusion terms and a class of nonlinear incidence functions. We consider two types of control variables, vaccination for the susceptible and treatment for the infected. For fixed controls, by means of Schauder fixed point theorem, we prove that the proposed model admits a weak biologically feasible solution, the uniqueness of the latter is also investigated. Furthermore, using the state and adjoint problems, first order necessary optimal conditions are obtained. Finally, numerical simulations are carried out for particular diffusion terms incorporating the heard mentality of individuals, when it comes to the spatial movement, and for particular incidence functions, as well as by varying the parameters of the objective functional, to illustrate the possible optimal control strategies and their effect on the studied population.
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