本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点。
细菌学是一个涉及广泛领域的学科。撰写关于细菌的博客意味着我可以探索许多不同的科学领域;从生物化学和合成生物学的高度分子世界,到病理学家和免疫学家更宏大和以人为中心的领域。
我涉足不多的一个领域是流行病学;研究疾病如何在人群中传播。这是一个重要的研究领域,可以带来关于免疫接种和人口负荷的重要发现。通过模拟疾病在人群中的传播方式,你可以找到阻止它们的潜在方法。
查看实际疾病的这类数据通常令人沮丧,所以我决定模拟一个完全不存在的问题——狼人问题。为了帮助我进行这项工作(因为流行病学建模不是我的专业领域!),我将使用下面引用的论文,该论文研究了僵尸爆发的流行病学。
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现在,每个不同的故事都有其自身的狼人规则,因此我们将从一些基本规则开始。首先:狼人通过咬人将人变成狼人,仅在满月时发生。因此,狼人每月传染一次。狼人不是不朽的,但比人类寿命长得多,并且不太可能感染疾病或受伤。
首先,我们需要组织我们的人口。根据僵尸论文,我将将其分为三个。
W = 狼人
S = 易感者(即可能变成狼人的人)
D = 死亡者(无论是人还是狼人,因任何原因死亡)
现在我们需要参数来描述人口之间如何变化。这是与僵尸论文不同的地方(也更容易!)。因为一旦狼或人死亡,他们就消失了。就目前情况而言,这意味着人口将趋于死亡,但与僵尸甚至吸血鬼不同,人类和狼人都能够繁殖,从而补充人口。
因此,参数
a = 人变成狼人的速率
b = 狼人死亡的速率
c = 人死亡的速率
d = 人繁殖的速率
e = 狼人繁殖的速率
这可以用下图说明
那些了解流行病学建模的人可能会注意到与 SIR 模型的相似之处,而这是 SDW 模型 :p 另请注意,参数也取决于人口数量。因此,人类变成狼人的速率是 aSW - 因为它取决于狼人和人的数量。
这个模型可以写成三个方程
S = d - aSW - cS
W = e + aSW - bW
D = bW + cS
在僵尸论文的这一点上,数学开始发挥作用,但我认为我只想用这些方程来阐述关于狼人疫情和大众媒体中狼人形象的几个观点。如果有人想继续研究这些数字,请随意!
那么,我们能从上面的方程中看出什么呢?有几件事是显而易见的。首先,除非出生率非常高,或者狼人非常克制,否则人类的数量将会下降,并且随着狼人数量的增加而越来越快。即使人类拿起干草叉并彻底击溃狼人 population,他们仍然会杀死前人类,除非他们杀死所有狼人(这无疑会使数学更容易得多),否则他们的人数仍将减少。仅靠民众的生育能力来增加他们的人数,人类很快就会趋于死亡。
另一方面,狼人仅受人类的存在和他们每月一次的时间表的限制。即使允许幼狼在变得危险之前存在延迟因素,也不会改变太多,因为新狼人的主要来源是人类。由于狼人需要很长时间才能死亡,因此死亡的主要原因将是与人类的遭遇失败。除非人类非常擅长击退狼群,否则狼人的数量将比下降的速度快得多,这对人类人口不利。
这与公众描绘狼人的方式是否一致?这当然解释了为什么很少有描述显示在整本书/电影的过程中狼人数量会大幅增加。在较早的故事中,狼人几乎从未被描绘成有家庭(因此狼人的主要来源是 aSW 因素),而在一些更现代的描述中,家庭(参数 e)是新狼人的主要来源。狼人、吸血鬼和各种怪物如今都生活在我们中间。不是作为捕食者,而是作为复杂的烦恼,但仍然必须容忍。
他们曾经是致命的。他们曾经是杀手;沉默寡言、不可战胜,并且在我们中间,随时准备出击。但那是在过去的日子里,人们会做一些老式的事情,比如大量死亡。如今,疾病不是停止生活的理由,而是一种需要与之共存的事物。狼人独处,吸血鬼失去獠牙,恶魔去了锐舞俱乐部。
不过,僵尸仍然很危险。
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参考文献 1 = Philip Munz , Ioan Hudea, Joe Imad, Robert J. Smith (2009)。当僵尸攻击时!:僵尸感染爆发的数学建模。《传染病建模研究进展》其他:978-1-60741-347-9