我也寫了個疫情傳播模擬程式
- 2020 年 2 月 19 日
- 筆記
前言
前一陣子看到有人製作了《疫情傳播模擬程式》，是用 Java做的。裡面根據多種實際情況，如居民移動意願、醫護能力、病毒傳播能力，來模擬疫情的發展。看完之後，我暗暗稱奇，特別是結合一些影片和照片，確實做得非常好。
後來過了幾天，這個影片還上了 人民日報的微信公眾號，這時我們 .NET社區就開始騷動了起來??，咱們 .NET能不能也做一個？
既然有需要， 2月6號那天晚上我決定說干就干，經過兩個晚上的思考與編碼，已經有了初步效果……運行效果如下：
這個效果可以這樣解讀，如果不加以任何控制，疫情會很快蔓延到整個城市，只有 8:1000床位的城市，將很快失去控制，一年後運行效果如下（非常慘烈）：
參數與使用
程式碼中實際有很多參數可以操作：
static double MoveWilling = 0.90f; // 移動意願，0-1 static bool WearMask = false; // 是否戴口罩 static int HospitalBeds = 40; // 床位數 const float InffectRate = 0.8f; // 靠得夠近時，被攜帶者感染的機率 const float SecondsPerDay = 0.3f; // 模擬器的秒數，對應真實一天 const float MovingDistancePerDay = 10.0f; // 每天移動距離 const int InitialInfectorCount = 5; // 最初感染者數 const double DeathRate = 0.021; // 死亡率 // 要靠多近，才會觸發感染驗證 static float SafeDistance() => WearMask ? 1.5f : 3.5f; // 住院治癒時間，最短5天，最長12.75天，平均約7天 static float GenerateCureDays() => random.NextFloat(5, 12.75f); // 潛伏期，1-14天 static float GenerateShadowDays() => random.Next(1, 14); // 發病後，就醫時間，0-3天 static float GenerateToHospitalDays() => random.Next(0, 3);
由於參數太多，很難在運行時全部都做調整，我選取了是否戴口罩、移動意願、醫院床數作為參數，程式碼如下：
protected override void OnKeyPress(KeyPressEventArgs e) { switch (e.KeyChar) { case '1': MoveWilling = 0.10f; break; case '2': MoveWilling = 0.50f; break; case '3': MoveWilling = 0.90f; break; case 'M': WearMask = !WearMask; break; case 'A': HospitalBeds += 40; break; case 'D': HospitalBeds -= 40; break; case 'R': { if (MessageBox.Show("要重來嗎？", "確認", MessageBoxButtons.YesNo) == DialogResult.Yes) { City = City.Create(); } break; } } }
其中，按數字鍵 1、 2、 3可以指定不同的移動意願，其中 1表示居民最不願意出門， 3表示最願意，按 M可以控制居民是否能戴上口罩，按 A可以添加醫院可接納病人數。
一些演示
超多床位
這裡我將床位調成 240個（比例為 48: 1000）：
static int HospitalBeds = 240; // 床位數
也可以運行時增加床位，按鍵盤 A即可（不用改程式碼），運行效果如下：
可見床位變多後，死亡率會降低，治癒人數大大提高，但仍然無法控制住疫情的發展。
「理想」情況1·沒有潛伏期
可以這樣配置：
// 0潛伏期 static float GenerateShadowDays() => 0;
運行效果如下：
可見就算潛伏期為 0，由於沒有及時就醫，疫情仍會失去控制。
「理想」情況2·沒有潛伏期、且立刻隔離就醫
像那個 Java版中，會先介紹一個「理想」情況，即感染即發病，發病即就就醫。此種模型的參數，可以這樣配置：
// 0潛伏期 static float GenerateShadowDays() => 0; // 發病後，立即就醫。 static float GenerateToHospitalDays() => 0;
在這種情況下，運行效果如下：
可見，由最初的 5人，最終只感染了 6人，理想情況下局勢很快就被控制。當然這種情況是不存在的。
戴口罩出門
假如居民都戴口罩出門，可以用如下配置（也可以運行時按下 M鍵）：
static bool WearMask = true; // 一定戴口罩
運行效果如下：
堅持了 107天，疫情發展速度大大降低，但由於醫療資源的匱乏，死亡率仍然居高不下，最終仍會失去控制。
居民呆在家中不出門，且戴口罩
配置如下：
static bool WearMask = true; // 一定戴口罩 static double MoveWilling = 0.10f; // 每天只有10%的人願意出門
運行效果如下：
病毒在最初的 5人身上，只感染了 2人。效率可謂驚人。
模擬現實模型
我想貼近現實，模擬一些現實情況，然後看看效果如何，我的腳本如下：
- 前
20天，不作任何控制 - 第
20天，全民戴口罩，移動意願降低至50%，床位增加40個（模擬進入重大突發公共衛生事件Ⅰ級響應） - 第
25天，移動願意降低至10%，床位增加80個（模擬火神山醫院） - 第
30天，床位再增加80個，共240個（模擬雷神山醫院）
為了儘可能短地截取 gif，我將時間縮短了，真實時間可能會和這個比例為 1:2（也就是相當於前 40天不作任何控制），腳本如下：
void StepDay() { if (day < 20) { WearMask = false; MoveWilling = 0.9; HospitalBeds = 40; } if (day >= 20) { WearMask = true; MoveWilling = 0.5; HospitalBeds = 80; } if (day >= 25) { MoveWilling = 0.1; HospitalBeds = 160; } if (day >= 30) { HospitalBeds = 240; } // 其它程式碼 }
運行效果如下：
可見這真是與病毒的一部史詩級鬥爭。
前 20天，沒有任何控制，病毒瘋狂肆虐，前期只花了 9天，就把醫院給擠滿了；
第 20之後，居民帶上口罩，傳播進度迅速下降，但由於潛伏期較長，發病人數仍然持續上升；
第 30天之後，由於 5天前床位（醫護資源）的跟進，發病人數增速降低；
第 35天后，發病人數開始下降；
第 68天后，除了醫院中的病人，城市中已經沒有病人；
第 78天，已經沒有被病毒感染的人了。
總結
所有這些程式碼，我都上傳到了我的部落格數據網站，各們可以下載程式碼，通過 LINQPad6直接模擬運行，或者拷到 VisualStudio中亦可。各位也可以或者提出您的想法， Github鏈接如下：https://github.com/sdcb/blog-data/tree/master/2020/20200207-2019-ncov-simulate
寫完這個東西，給我最大的感受就是震撼，模擬起來就是一些數據而已，但背後是千千萬萬有血有肉的病人和醫務工作者，向那些偉大的「逆行者」們致敬！
從上面的數據也可以看出，任何單項指標做好，都是不能完全阻止疫情的。我們要相互信任，做好自己。我們能做的有：儘可能呆在家，別出門，就真是對國家最好的貢獻；出門一定要戴口罩，這樣可以明顯降低感染率。
