شماره ركورد
33792
پديد آورنده
ضياء الجعباوي
عنوان
مدلسازي رياضي گسترش بيماريهاي عفوني با استفاده از معادلات ديفرانسيل مرتبه كسري و روش عددي آن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
رياضي كاربردي
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/06/31
استاد راهنما
سيده محبوبه مولوي عربشاهي
استاد مشاور
سيده محبوبه مولوي عربشاهي
دانشكده
رياضي و علوم كامپيوتر
چكيده
اين پاياننامه تحليلي جامع از رقابت عفوني درونگونهاي در چارچوب يك مدل پويا براي بيماريهاي واگيردار ارائه ميدهد كه در آن چندين طبقهٔ جمعيتي بهمنظور بازنمايي دقيقتر الگوهاي واقعبينانهٔ انتقال بيماري به كار گرفته شده است. در اين چارچوب، حساسيت پارامترها از طريق تحليل حساسيت سيستم بررسي ميشود تا تأثيرات تركيبي آنها بر روند پيشرفت و كنترل بيماريهاي عفوني ارزيابي گردد. مشتق كسري كاپوتو–فابريتزيو (C–F) براي بررسي رفتار ديناميكي و پيچيدگي ذاتي مدل بهكار رفته است و امكان بهدستآوردن راهحلهاي مرتبه كسري را فراهم ميكند كه اطلاعات تاريخي و ساختاري بيشتري را نسبت به همتايان كلاسيك خود حفظ ميكنند. تحليل حساسيت در اين پاياننامه نشان ميدهد كه تغييرات در پارامترهاي كليدي چگونه بر رفتار كيفي و كمي سيستم اثر ميگذارد. پايه نظري تحقيق با استفاده از نظريه نقطه ثابت پشتيباني ميشود كه وجود و يكتايي جوابها را تضمين ميكند، در حالي كه معيار پايداري اولام–هايِرز (U–H) براي تعيين مقاومت سيستم در برابر اختلالات به كار گرفته شده است.از دستاوردهاي اصلي اين پاياننامه توسعه و بهكارگيري يك روش عددي مبتني بر عملگر كسري C–F است كه به درك بهتر و طراحي راهبردهاي بالقوهٔ كنترل بيماري كمك ميكند. براي نشاندادن دقت و كارايي روش پيشنهادي، شبيهسازيهاي عددي مبتني بر MATLAB انجام شده و نتايج بهصورت نمودارهاي سري زماني و نمودارهاي فازي براي مراتب كسري و پيكربنديهاي پارامتري گوناگون ارائه شدهاند كه گذارهاي ديناميكي سيستم را برجسته ميسازند. اين پژوهش همچنين نشان ميدهد كه چارچوب مدلسازي و محاسباتي پيشنهادي ميتواند در طراحي راهبردهاي مداخلهاي براي تسريع در بهبود بيماران و محدود كردن گسترش عفونت در جوامع بهطور مؤثر بهكار گرفته شود. در مجموع، يافتههاي اين پاياننامه كمك شاياني به حوزههاي حساب كسري، اپيدميولوژي رياضي و مدلسازي عددي ميكند و هم بينشهاي نظري و هم ابزارهاي كاربردي ارزشمندي براي پژوهشهاي آينده ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/08
عنوان به انگليسي
Mathematical modeling of infectious disease spread using fractional-order differential equations and its numerical method
تاريخ بهره برداري
9/22/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ضياء الجعباوي
چكيده به لاتين
This thesis provides a comprehensive analysis of intraspecific infectious rivalry within the framework of a dynamic contagious disease model, incorporating multiple population classes to more accurately represent realistic patterns of disease transmission. In the framework of this thesis, parameter sensitivities are analyzed through system sensitivity analysis to evaluate their combined influence on the progression and control of infectious diseases. The Caputo–Fabrizio (C–F) fractional derivative is applied to explore the model’s dynamic behavior and inherent complexity, enabling fractional-order solutions that retain more historical and structural information than their classical counterparts. Sensitivity analysis in this thesis examines how variations in key parameters affect the qualitative and quantitative behavior of the system. The theoretical foundation is supported by fixed-point theory, which ensures the existence and uniqueness of solutions, while the Ulam–Hyers (U–H) stability criterion is
employed to determine the robustness of the system under perturbations. A core contribution of this thesis is the development and application of a numerical method based on the C–F fractional operator, designed to enhance both the understanding and potential control strategies of the infectious disease model. MATLAB-based numerical simulations are implemented in the thesis to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed method. The results are presented through time series plots and phase diagrams for various fractional orders and parameter configurations, highlighting the system’s dynamic transitions. This work also demonstrates that the proposed modeling and computational framework may be effectively applied in designing intervention strategies to promote faster recovery of patients and to limit the spread of infection within communities. Overall, the findings of this thesis provide valuable contributions to the fields of fractional calculus, mathematical epidemiology, and numerical modeling, offering both theoretical insights and practical tools for future research.
كليدواژه هاي فارسي
اپيدميولوژي رياضي , حساب كسري كاپوتو–فابريتزيو , تحليل حساسيت , وجود و يكتايي , روش عددي
كليدواژه هاي لاتين
Mathematical epidemiology , Caputo–Fabrizio fractional calculus , Sensitivity analysis , Existence and uniqueness , Numerical method
Author
Dheyaa AL-Chaabawi
SuperVisor
Maboubeh Molavi-Arabshahi