1.本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法和装置。
背景技术：2.动物疫病的爆发会给动物养殖业带来经济损失，一些人畜共患病同时会威胁到人体健康，根据动物疫病对养殖业生产和人体健康危害程度，将动物疫病分为了三类，其中一类疫病为口蹄疫、非洲猪瘟、高致病性禽流感等，二类疫病为狂犬病、布鲁氏菌病、草鱼出血病等，三类疫病为大肠杆菌病、禽结核病、鳖腮腺炎病等，此三类疫病在爆发时会带来不同程度的经济损失及危害，从一至三程度依次减弱。
3.当养殖过程中出现疫病，会导致牲畜不能够出栏，必须做扑杀灭菌掩埋处理，否则流动到市场会给人类健康造成巨大危害，因此会给养殖者造成经济损失，为了减小经济损失，必须对疫病采取控制和防治措施，否则将会造成重大的后果，那么采取措施的过程中就需要花费一部分成本，在这个过程中养殖者需要对养殖规模、出栏率以及控制防治成本进行控制，才能够达到控制疾病并且花费最小成本获取最大的利润的结果。另外，如果该疫病是人畜共患病，则需要考虑动物群体和人群的疾病传播情况，同时采取控制和防治措施，才能更好的将疾病控制，政府防治人员需要考虑将人群防治和动物种群疫病防治经济成本同时考虑在内，找到最优的控制成本，同时在疫病防控下养殖业需要获取最大的利润。
技术实现要素：4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法和装置。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，所述方法包括：
7.建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：
[0008][0009]
其中，p0是养殖价格，α是家畜出栏率，0《α《1，f(p)是所述家畜商品市场价格p的需求函数，且f(p)的值随着所述家畜商品市场价格p的增大而减小，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，r是家畜的增长率，k是养殖规模最大值，是单位时间内家畜增长率，是单位时间内价格增长率；
[0010]
当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理
来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；
[0011]
利用所述关系式构建动物疫病动力学模型：
[0012]
利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略。
[0013]
本方法发明的有益效果是：提出了一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，包括建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式，当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；利用所述关系式构建动物疫病动力学模型，利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略。本发明将人群防治和动物种群疫病防治经济成本同时考虑在内，找到最优的控制成本，同时在疫病防控下养殖业需要获取最大的利润。
[0014]
本发明还提供基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控装置，所述装置包括：
[0015]
关系式建立模块，用于建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：
[0016][0017]
其中，p0是养殖价格，α是家畜出栏率，0《α《1，f(p)是所述家畜商品市场价格p的需求函数，且f(p)的值随着所述家畜商品市场价格p的增大而减小，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，r是家畜的增长率，k是养殖规模最大值，是单位时间内家畜增长率，是单位时间内价格增长率；
[0018]
目标函数建立模块，用于当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；
[0019]
动力学模型建立模块，用于利用所述关系式构建动物疫病动力学模型：
[0020]
控制策略确定模块，用于利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析
区域的优化控制策略。
[0021]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项所述基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的步骤。
[0022]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述技术方案中任一项所述基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的步骤。
[0023]
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1为本发明实施例所示的一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的流程示意图；
[0026]
图2为本发明另一实施例所示的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控装置的模块示意图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0028]
如图1所示，本发明实施例所述的一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，包括以下步骤：
[0029]
110、建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：
[0030][0031]
其中，p0是养殖价格，α是家畜出栏率，0《α《1，f(p)是所述家畜商品市场价格p的需求函数，且f(p)的值随着所述家畜商品市场价格p的增大而减小，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，r是家畜的增长率，k是养殖规模最大值，是单位时间内家畜增长率，是单位时间内价格增长率。
[0032]
120、当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大
原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解。
[0033]
130、利用所述关系式构建动物疫病动力学模型。
[0034]
140、利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数。
[0035]
150、利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略。
[0036]
应理解，实施参数敏感性分析，评估风险因素，利用经济学方法，评估各控制策略的优劣性，得出优化模型选择策略，是目前常用的技术方法，具体的实现方式可以参考当前现有的技术，本技术中不再赘述，只论述怎么运用到本技术中。
[0037]
基于上述实施例，需求函数f(p)为d-bep，其中d是所述家畜商品的最大需求量，b是价格调节系数，则价格变换函数为：因此家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式为：
[0038][0039]
进一步地，步骤120中当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第一最优控制解，具体包括：
[0040]
所述第一目标函数是：其中，c0n0是初始买入家畜的投资额，收益是pαn，每只家畜的单位时间养殖成本是c，养殖成本是cn，dt是指对时间的积分，t为设置的终端时间；
[0041]
使用庞特里亚金的最大原理来求解最优控制解，构造哈密顿量h：
[0042][0043]
其中，epαn-cn是单位时间内的收益，和d-bep-αn是微分方程的右端项，λ1和λ2为伴随矩阵变量。
[0044]
由于h关于控制变量α是线性的，则(ep-λ
1-λ2)n为h关于控制变量α的线性系数，记为σ0(n,t)＝(ep-λ
1-λ2)n；
[0045]
根据上述设置变量的影响出现了bang-bang控制平衡，即：
[0046]
[0047]
以下讨论不确定性下的最优控制解，即：
[0048][0049]
基于哈密顿量h，满足伴随矩阵和终端条件，得到如下方程：
[0050][0051]
则最优控制状态为稳定平衡状态，即：
[0052][0053]
因此上述方程最优控制状态满足，
[0054][0055]
且
[0056][0057]
得到：
[0058][0059]
因此，求解下述方程可得第一最优控制解α
*
、n
*
和p
*
[0060][0061]
求解方程可得
[0062][0063]
其中：
[0064][0065][0066]
m3＝k2b2r3(-kbr+6db-6dε)+27c2kb(b+ε)4,
[0067]
m4＝4d2r(b-ε)2(-3kbr+2db-2dε),
[0068]
m5＝m6(m6(m
6-3kbr+6db-6dε)-3kbr(-kbr+4db-4dε)+12d2((b-ε)2+ε2)),
[0069]
m6＝4berεp0.
[0070]
进一步地，步骤120中当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解，具体包括：
[0071]
所述第二目标函数是：
[0072]
其中，εe(p-p0)是单位时间内外购家畜的数量，c1是每只家畜外购价格；
[0073]
同样构造哈密顿量：
[0074][0075]
其中λ1和λ2为伴随矩阵变量。
[0076]
由于h关于控制变量α和ε是线性的，则(ep-λ
1-λ2)n和(λ
1-c1)e(p-p0)为h关于控制变量α和ε的线性系数，记
[0077]
σ1(n,t)＝(ep-λ
1-λ2)n，σ2(p,t)＝(λ
1-c1)e(p-p0).
[0078]
根据上述设置变量的影响出现了bang-bang控制平衡，为了使得h最大化，则：
[0079][0080][0081]
则不确定性下的最优控制解为：
[0082][0083]
伴随矩阵和终端条件为：
[0084][0085]
则最优控制状态为稳定平衡状态，即：
[0086][0087]
因此上述方程最优控制状态满足：
[0088][0089]
且
[0090][0091]
得到：
[0092][0093]
则得到最优控制状态：
[0094][0095]
则得到所述第二最优控制解α
*
、n
*
、p
*
和ε
*
。
[0096]
步骤130中构建的基于家畜价格的动物疫病动力学模型，具体包括：
[0097]
建立如下动力学模型：
[0098][0099]
其中，s是易感动物，i是染病动物，v是免疫动物，w是环境中的布鲁氏菌，p是家畜商品市场价格，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，p0是养殖价格，α是家畜的出栏率，且0《α《1，d是所述家畜商品的最大需求量，b是价格调节系数，β1为染病动物对易感动物的传染率系数，β2为环境中的细菌对易感动物的传染率系数，v为易感动物的免疫率，l为免疫动物的免疫失效率，γ为易感动物清除率，k为染病动物的排菌率，δ为环境中细菌的自然死亡率。
[0100]
步骤140中所述利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，具体包括：
[0101]
将实际发病家畜数据记为y，所述估计参数的集合记为θ＝(β1,β2,k)，运用最小二乘法估计未知参数，是在tm时刻所述动物疫病动力学模型在已知参数和未知参数θ下的理论解，ym表示在tm时刻的真实解，则最小二乘法的目标函数为
[0102]
利用拉丁超立方抽样lhs法对所述估计参数θ＝(β1,β2,k)和控制参数δ＝(α,γ,v)进行抽样；
[0103]
利用偏秩相关系数方法prcc对所述估计参数θ＝(β1,β2,k)和控制措施参数δ＝(α,y,v)进行敏感性分析；
[0104]
利用比较β1、β2、k、α、γ和v关于疫病控制策略的偏秩相关系数值的大小，确定疫病控制的关键参数。
[0105]
进一步地，步骤150中所述利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略，具体包括：
[0106]
构造所述动物疫病最优控制目标函数为构造所述动物疫病最优控制目标函数为
[0107]
其中控制项为：家畜出栏率α、环境灭菌率u1和易感动物的免疫率v，c2和c3是控制项进行控制时需要付出的成本，c2为消毒成本，c3为免疫成本，使用庞特里亚金的最大值原
理来求解最优控制解，构造哈密顿量，进行求解；
[0108]
结合拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法评估所述预设控制策略，确定所述待分析区域的优化控制策略。
[0109]
应理解，考虑家畜商品市场价格因素，结合控制成本和经济损失博弈策略，参照商品的供求关系与价格的库存调节表达式。进一步结合家畜市场价格高，会促使养殖户多养殖情况，定义如下关于家畜养殖量n与家畜商品市场价格p的关系：
[0110][0111]
第一个和第二个方程分别表示家畜种群n和家畜商品市场价格p的变化情况，其中r和k分别为模型的净增长率和家畜群最大容纳量，εe为基于价格形式下种群的增长率。α为整个家畜群的出栏率(0《α《1)，f(p)为关于价格p的需求函数，其随着p的增大而减小，当p趋于0时，f(p)趋于最大需求量d。此外受到价格的影响，当出栏价格大于养殖价格p0时，养殖户为了获取利润会扩大养殖规模，增大家畜群输入，相反当出栏价格小于养殖价格时，会缩小养殖规模，减少家畜群输入。现以需求函数f(p)为d-bep，其中d是所述家畜商品的最大需求量，b是价格调节系数，e为出栏家畜的平均重量，则价格变换函数为：因此家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式可变为：
[0112][0113]
在家畜养殖中，获取利润是最终的目的，由于价格受到供需影响从而引起波动，因此为了获取最大的经济利润，需要控制每个阶段出栏家畜的出栏率，使得最终种群养殖能够收获最大的经济利润。由于家畜的规模不再是以逻辑斯特形式增张，而是为了获取最大的收益，受到价格的波动影响，在模型中已经假设种群受价格影响的波动系数为ε，在生产生活中养殖户每年的家畜引进有两种方式，一种是自产自销，即不需要从其他养殖场买入家畜；另外一种是自产是有限的，通过自己的自产不足以维持自己的养殖规模，需要从其他养殖场买入家畜。以上两种方式就导致了目标函数和控制项的不同，在前一种中仅考虑出栏率为控制项，波动系数ε的改变不会出现最优控制，在后一种由于ε的买入造成了一部分成本的花费，所以对收入造成了影响，考虑出栏率和波动系数ε均为控制项，两项的共同调节使得收入最大化。
[0114]
1、自产自销模式：定义这种情况下的目标函数为：
[0115][0116]
其中，c0n0为初始买入家畜的投资额，依据成本-收益理论，支付函数为“收益-成本”，在家畜养殖过程中，所获得的主要收益为家畜出栏卖出所获得的收益，每只家畜出栏
价格为p，因此收益为“pαn”，家畜的养殖成本包括物质与服务费用、人工成本和土地成本，在该模型中将这些成本平均化处理为每只家畜单位时间养殖成本为c，则养殖成本为cn，t为设置的终端时间。
[0117]
使用庞特里亚金的最大原理来求解最优控制解。首先构造哈密顿量h：
[0118][0119]
其中，epαn-cn是单位时间内的收益，和d-bep-αn是微分方程的右端项，λ1和λ2为伴随矩阵变量。
[0120]
由于h关于控制变量α是线性的，则(ep-λ
1-λ2)n为h关于控制变量α的线性系数，记为σ0(n,t)＝(ep-λ
1-λ2)n。
[0121]
根据上述设置变量的影响出现了bang-bang控制平衡，即：
[0122][0123]
以下讨论不确定性下的最优控制解，即：
[0124][0125]
基于哈密顿量h，满足伴随矩阵和终端条件，得到如下方程：
[0126][0127]
则最优控制状态为稳定平衡状态，即：
[0128][0129]
因此上述方程最优控制状态满足，
[0130][0131]
且
[0132][0133]
得到：
[0134][0135]
因此，求解下述方程可得第一最优控制解α
*
、n
*
和p
*
[0136][0137]
求解方程可得
[0138][0139]
其中：
[0140][0141][0142]
m3＝k2b2r3(-kbr+6db-6dε)+27c2kb(b+ε)4,
[0143]
m4＝4d2r(b-ε)2(-3kbr+2db-2dε),
[0144]
m5＝m6(m6(m
6-3kbr+6db-6dε)-3kbr(-kbr+4db-4dε)+12d2((b-ε)2+ε2)),
[0145]
m6＝4berεp0.
[0146]
2、外购家畜模式：该模式下目标函数为：
[0147][0148]
在自产自销目标函数的基础上，增加了收到价格波动而购入的家畜费用，εe(p-p0)为单位时间内外购家畜数量，c1为家畜价格。
[0149]
同样构造哈密顿量：
[0150][0151]
其中λ1和λ2为伴随矩阵变量。
[0152]
由于h关于控制变量α和ε是线性的，则(ep-λ
1-λ2)n和(λ
1-c1)e(p-p0)为h关于控制变量α和ε的线性系数，记
[0153]
σ1(n,t)＝(ep-λ
1-λ2)n，σ2(p,t)＝(λ
1-c1)e(p-p0).
[0154]
根据上述设置变量的影响出现了bang-bang控制平衡，为了使得h最大化，则：
[0155][0156][0157]
则不确定性下的最优控制解为：
[0158][0159]
伴随矩阵和终端条件为：
[0160][0161]
则最优控制状态为稳定平衡状态，即：
[0162][0163]
因此上述方程最优控制状态满足：
[0164][0165]
且
[0166][0167]
得到：
[0168][0169]
则得到最优控制状态：
[0170][0171]
则得到所述第二最优控制解α
*
、n
*
、p
*
和ε
*
。
[0172]
在上述讨论基础上，进一步考虑动物疫病，可建立如下动力学模型：
[0173][0174]
其中，s是易感动物，i是染病动物，v是免疫动物，w是环境中的布鲁氏菌，p是家畜商品市场价格，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，p0是养殖价格，α是家畜的出栏率，且0《α《1，d是所述家畜商品的最大需求量，b是价格调节系数，β1为染病动物对易感动物的传染率系数，β2为环境中的细菌对易感动物的传染率系数，v为易感动物的免疫率，l为免疫动物的免疫失效率，γ为易感动物清除率，k为染病动物的排菌率，δ为环境中细菌的自然死亡率。
[0175]
结合某些地区动物疫病畜间发病数据，借助matlab数学软件，利用最小二乘法估计模型动力学参数，将模型的数值解与实际数据进行拟合，验证模型的合理性。通过数值模拟，预测此地区动物疫病的流行趋势。利用拉丁超立方抽样/偏秩相关系数方法(lhs/prcc)对模型基本再生数各相关控制参数进行全局敏感性分析，确定防控措施(如免疫、扑杀)的合理性。
[0176]
1、最小二乘法
[0177]
将实际发病家畜数据记为y，已知参数的集合记为将实际发病家畜数据记为y，已知参数的集合记为待估计参数的集合记为θ＝(β1,β2,k)，运用最小二乘法估计未知参数：记为在tk时刻所述动力学模型在已知参数和未知参数θ下的理论解，yk表示在tk时刻的真实解，则最小二乘法的目标函数为：
[0178]
2、拉丁超立方抽样(latinhypercubesampling,lhs)
[0179]
拉丁超立方抽样是一种从多元参数分布中近似随机抽样的方法，属于分层抽样技术，常用于计算机实验或蒙特卡洛积分等。其工作原理如下所示：对估计的参数θ＝(β1,β2,k)和控制措施参数δ＝(α,γ,v)进行抽样。抽样原则为多元参数分布中进行近似随机抽样，通过定义参与计算机运行的抽样每个参数数目n，把每一次输入等概率地分成n列，故抽样数目总和为6n；进一步定义每个参数的抽样范围为β1∈(x
10
,x
1n
)，β2∈(x
20
,x
2n
)，k∈(x
30
,x
3n
)，α∈(x
40
,x
4n
)，γ∈(x
50
,x
5n
)和v∈(x
60
,x
6n
)；对于第i个参数满足以下表达式，x
i0
《x
i1
《x
i2
《
…
《x
in
《
…
《x
in
，x表示6个参数的抽样矩阵，
[0180][0181]
且有对每一列仅抽取一个样本，各样本的位置是随机的；
[0182]
3、偏秩相关系数(partial rank correlation coefficient,prcc)
[0183]
相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标。常见的相关系数有以下四种：pearson相关系数(correlation coefficient,cc)、偏相关系数(partial correlation coefficient,pcc)、spearman秩相关系数(rank correlation coefficient,rcc)、偏秩相关系数(partial rank correlation coefficient,prcc)。其对应的表达式分别为：
[0184]
相关系数：
[0185]
偏相关系数：
[0186]
秩相关系数：
[0187]
偏秩相关系数：其中x＝(x1,x2,
…
,xn)和y＝(y1,y2,
…
,yn)分别表示两组数据，和表示数据x和y的平均值，r(xi)和r(yi)分别表示数
据x和y中第i个数据的秩，和分别表示数据x和y秩的平均值。
[0188]
利用偏秩相关系数方法(partialrankcorrelationcoefficient,prcc)对估计的参数θ＝(β1,β2,k)和控制措施参数δ＝(α,γ,v)进行敏感性分析。由于每个输入参数关于疫病控制策略的偏秩相关系数值大小与此参数对疫病控制策略的相关性成正比，即此参数的偏秩相关系数值越大，则说明此参数对疫病控制策略的影响越大。通过对比这六个参数(β1,β2,k,α,γ,v)关于疫病控制策略的偏秩相关系数值大小，可以判定这些参数关于控制疾病的优劣性，最终给出控制疾病的最优参数。
[0189]
控制措施评估：进一步根据实际措施实施情况，构造动物疫病的最优控制目标函数为：
[0190][0191]
其中控制项为：家畜出栏率α、环境灭菌率u1和易感动物的免疫率v，c2和c3是控制项进行控制时需要付出的成本，c2为消毒成本，c3为免疫成本，使用庞特里亚金的最大原理来求解最优控制解，构造哈密顿量，进行求解。利用经济学评估和最优控制理论，评估各策略选择的优劣性，给出待定区域动物疫病的优化控制策略。
[0192]
基于上述实施例所提出的一种基于家畜价格的动物疫病建模的防控方法，包括：建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；利用所述关系式构建动物疫病动力学模型；利用最小二乘法估计动物疫病动力学模型参数，利用拉丁超立方抽样(latin hypercube sampling,lhs)方法、偏秩相关系数(partial rank correlation coefficient,prcc)方法，对估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，评估风险因素，确定哪些参数对疫病控制启到关键作用；构建动物疫病的最优控制目标函数，使用庞特里亚金的最大值原理来求解最优控制解，利用经济学评估方法，评估各所述预设控制策略的优劣性，确定所述待分析区域的优化控制策略。本发明将人群防治和动物种群疫病防治经济成本同时考虑在内，找到最优的控制成本，同时在疫病防控下养殖业需要获取最大的利润。
[0193]
如图2所示，一种基于家畜价格的动物疫病模型的防控装置包括：
[0194]
关系式建立模块，用于建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：
[0195][0196]
其中，p0是养殖价格，α是家畜出栏率，0《α《1，f(p)是所述家畜商品市场价格p的需求函数，且f(p)的值随着所述家畜商品市场价格p的增大而减小，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，r是家畜的增长率，k是养殖规模最大值，是单位时间内家
畜增长率，是单位时间内价格增长率；
[0197]
目标函数建立模块，用于当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；
[0198]
动力学模型建立模块，用于利用所述关系式构建动物疫病动力学模型：
[0199]
控制策略确定模块，用于利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略。
[0200]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的步骤。
[0201]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述技术方案中任一项所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的步骤。
[0202]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，其特征在于，所述方法包括：建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：其中，p0是养殖价格，α是家畜出栏率，0<α<1，f(p)是所述家畜商品市场价格p的需求函数，且f(p)的值随着所述家畜商品市场价格p的增大而减小，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，r是家畜的增长率，k是养殖规模最大值，是单位时间内家畜增长率，是单位时间内价格增长率；当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；利用所述关系式构建动物疫病动力学模型：利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略。2.根据权利要求1所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，其特征在于，所述当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，具体包括：所述第一目标函数是其中，每只家畜单位时间养殖成本是c，初始买入每只家畜的投资额是c0，n0是初始买入家畜的数量，dt是指对时间的积分，t为设置的终端时间；使用庞特里亚金的最大原理来求解最优控制解，构造哈密顿量h：其中，d是家畜商品的最大需求量，b是价格调节系数，其中，d是家畜商品的最大需求量，b是价格调节系数，和d-bep-αn是微分方程的右端项，λ1和λ2为伴随矩阵变量，得到第一最优控制解α
*
、n
*
和p
*
。3.根据权利要求2所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，其特征在于，所述当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解，具体包括：
所述第二目标函数是其中，c1是每只家畜外购价格；构造哈密顿量构造哈密顿量构造哈密顿量其中λ1和λ2为伴随矩阵变量，得到所述第二最优控制解α
*
、n
*
、p
*
和ε
*
。4.根据权利要求3所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，其特征在于，所述利用所述关系式构建动物疫病动力学模型，具体包括：建立所述动物疫病动力学模型：其中，s是易感动物的数量，i是染病动物的数量，v是免疫动物的数量，w是环境中的布鲁氏菌的数量，b是价格调节系数，β1为染病动物对易感动物的传染率系数，β2为环境中的细菌对易感动物的传染率系数，v为易感动物的免疫率，l为免疫动物的免疫失效率，γ为易感动物清除率，k为染病动物的排菌率，δ为环境中细菌的自然死亡率。5.根据权利要求4所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，其特征在于，所述利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，具体包括：将实际发病家畜数据记为y，所述估计参数的集合记为θ＝(β1,β2,k)，运用最小二乘法估计未知参数，是在t
m
时刻所述动物疫病动力学模型在已知参数和未知参数θ下的理论解，y
m
表示在t
m
时刻的真实解，则最小二乘法的目标函数为利用拉丁超立方抽样lhs法对所述估计参数θ＝(β1,β2,k)和控制参数δ＝(α,γ,v)进行抽样；利用偏秩相关系数方法prcc对所述估计参数θ＝(β1,β2,k)和控制措施参数δ＝(α,γ,v)进行敏感性分析；利用比较β1、β2、k、α、γ和v关于疫病控制策略的偏秩相关系数值的大小，确定疫病控制的关键参数。
6.根据权利要求5所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法，其特征在于，所述利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略，具体包括：构造所述动物疫病最优控制目标函数为构造所述动物疫病最优控制目标函数为其中控制项为：家畜出栏率α、环境灭菌率u1和易感动物的免疫率v，c2和c3是控制项进行控制时需要付出的成本，其中，c2为消毒成本，c3为免疫成本，使用庞特里亚金的最大值原理来求解最优控制解，构造哈密顿量，进行求解；结合拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法评估所述预设控制策略，确定所述待分析区域的优化控制策略。7.一种基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控装置，其特征在于，所述装置包括：关系式建立模块，用于建立待分析区域的家畜养殖量n和家畜商品市场价格p的关系式：其中，p0是养殖价格，α是家畜出栏率，0<α<1，f(p)是所述家畜商品市场价格p的需求函数，且f(p)的值随着所述家畜商品市场价格p的增大而减小，ε是家畜种群的增长率系数，e是出栏家畜的平均重量，r是家畜的增长率，k是养殖规模最大值，是单位时间内家畜增长率，是单位时间内价格增长率；目标函数建立模块，用于当养殖户是自产自销模式时，构建第一目标函数，并利用庞特里亚金的最大原理来求解，得到第一最优控制解，当养殖户是外购家畜模式时，构建第二目标函数，并利用庞特里亚金的最大值原理来求解，得到第二最优控制解；动力学模型建立模块，用于利用所述关系式构建动物疫病动力学模型：控制策略确定模块，用于利用最小二乘法得到所述动物疫病动力学模型的估计参数，利用拉丁超立方抽样lhs方法和偏秩相关系数prcc方法对所述估计参数和控制参数实施参数敏感性分析，确定疫病控制的关键参数，利用所述动物疫病动力学模型，构造动物疫病最优控制目标函数，并使用庞特里亚金的最大值原理和所述关键参数，确定所述待分析区域的优化控制策略。8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的步骤。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于家畜价格的动物疫病动力学模型的防控方法的步骤。
技术总结本发明涉及一种基于家畜价格的动物疫病建模的防控方法和装置，包括建立待分析区域的家畜养殖量和家畜商品市场价格的关系式；利用关系式构建动物疫病动力学模型；利用最小二乘法估计构建的动物疫病模型动力学参数，利用拉丁超立方抽样方法、偏秩相关系数方法对估计参数和控制参数实施参数敏感性分析。构造动物疫病最优控制目标函数，使用庞特里亚金最大值原理求解最优控制解，确定待分析区域的优化控制策略。本发明将人群防治和动物种群疫病防治经济成本同时考虑，找到最优的控制成本，同时在疫病防控下养殖业需要获取最大的利润。疫病防控下养殖业需要获取最大的利润。疫病防控下养殖业需要获取最大的利润。
技术研发人员：李明涛 裴鑫 王雷诗 柴玉珍 陈雅
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2022/7/5
