具年龄结构的HIV-1病毒随机模型的动力学性质研究

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学校代码10603|^^20141157级公开UDC纖屬备纡jlf沁GUANGXITEACHERSEDUCATIONUNIVERSITY硕士学位论文V-具年龄结构的HI1病毒随机模型的动力学性质研究-DnamestructuredHIV-yicsofA1VirusgStochasticModel学科专业:概率论与数理统计专业方向:随机分析及其应用二级学院:数学与统计科学学院年级:2014级研究生姓名:徐雪涵导师姓名及职称:黄在堂副教授完成日期:2017年6月 广西师范学院硕士学位论文(申请理学硕士学位)-具年龄结构的HIV1病毒随机模塑的动力学性质研究-Dynam-icsofAgestructuredHIV1VirusStochasticModel专业名称:概率论与数理统计申请人姓名:徐雪涵导师姓名、职称:黄在堂副教授答辩委员会成员(签名)主席:辦|,J魏省芩今二〇一七年六月 广西师范学院硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人如违反上述声明一,愿意承担由此引发的切责任和后果。/学位论文作者签名(签字日期:年月^日学位论文使用授权说明本人完全了解学校关于保留、使用学位论文的各项规定,同意以下事项:1、学校有权保留并向有关部门送交本论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文;2、本人授权广西师范学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库供查阅、检阅。保密□,在年解密后适用本授权书。3、本论文属于不保密〇/“”(请在以上方框内打V)学位论文作者签名參I签字日期:导师签名:签字日期 具年龄结构的H-1IV病毒随机模型的动力学性质研究姓名:徐雪涵指导教师:黄在堂副教授专业:概率论与数理统计研究方向:隨机分析及其应用年级:2014级摘要自20世纪随机微分方程理论被提出后随机微分方程在近百年内得到了快速,发展、,其理论被广泛的应用于海洋工程、金融统计、传染病生态学等问题的研宄对生物数学、金融统计学等学科有着非常重要的意义.本文以概率论、随,机分析和随机动力系统等相关理论为工具来研宄具年龄结构的H-IV1病毒随机模型的动力学性质.本文框架结构如下:一第章详细介绍了概率论与生物数学的发展历史HIV-1病毒的相关背景与,研究意义以及本文所要用到的一些预备知识同时介绍了本学位论文研究的主,要内容及框架结构.第二章主要研究由常微分方程和偏微分方程构建成具年龄结构的H-1IV病-毒随机模型的渐近行为.通过巧妙构造Lyapunov函数利用李雅普诺夫拉塞,尔渐近稳定性定理、鞅不等式和随机分析技巧等相关理论研究具年龄结构,一的H-IV1病毒随机模型解的存在唯性、随机最终有界性和全局渐近稳定性.-第三章主要研宂具年龄结构的HIV1病毒随机模型的周期解存在性问题.通--过利用相关函数的周期性、BDG不等式、Pubin定理、局部鞅理论和随机分析一技巧等相关知识一致有界性证明了系统解的P阶、存在唯局部最大解、矩估,一一计步证明了具年龄结构的HIV-1病毒随机模型周期解的存在唯从而进性.,第四章主要研宄Le\y过程驱动的具年龄结构的HIV-1病毒随机模型的渐近稳定性行为.通过利用非高斯理论ita、广义伊藤公式、Kun不等式、转移概率一性质、概率测度和随机分析技巧等相关知识证明了系统存在唯全局解、解,一一的p阶有界性、解的致连续、解的转移概率的柯西性从而进步证明,-1了具年龄结构的HIV病毒随机模型的渐近稳定性.IV-1理论关键词:随机H模型动力学性质概率测度机分析;随;鞅;;I 广西师范学院硕士学位论文2017Dname-structuredHIV-1VyicsofAgirusStochasticModelAbstractSincethestochasticdifferentialequationtheorywereputforwardbytheJapanesemathematicianItoQinginthe20thcentury,thestochasticdifferentialequationhasdeveloedraidlintheasthundredrsththriswidlppypyea,eeoyeyusediirfinancalatnfeudinmarneenneeinististicsictiosiseasesecoloandgg,,,gytherissihnificancetob?ocisofreatsiiolothetfinlttues,whmamaicsanciasais,gggyticsandothersubjects.Inthethesisbusintherobabilittheorstochastic,ygpyy,analsisandrandomdnamicalsstemectwestudthednamicsroertiesofyyy,,yypptHV-hadstrcI1v.ageuuredirusstocsticmoelTheframestructureofthisthesisisasfollows:t1?Chaeritroducesthedevelothtrfbabilitthrthpnpmenisoyoroeoandmapyynd-ematlbilreltbinformatnHIV1virsftheicaooaedackrouioofusandomeogy,gpreparatoryknowledewhichisusedinthisthesisitalsointroducesthemaing,contentsandframestructureofthisthesis.Chater2manlmttrfctrtr?pistudiestheasypoicbehaviooonsuctingagesucy-astdlfrrdfftnd?turedHIV1virusstochicmoeomodltarinaryiereniaeuaionsaqpt?ldfftilt.BthLfunctionLtilitthiaierenaeuaionseaunovaunovsabeoqyyp,ypyremmartinaleineualitiesandstochasticanalsistechniques,cct,werovethe,gqypexistenceanduniquenessstochasticultimateboundnessandlobalasmptotic,gybilitfslutiftrtHIV-1stayooonsoraesucuredvirusstochasticmodel.gChapter3mainlystudiestheexistenceoferiodicsolutionsofaestructuredpg-modeHIV1vrttl.Firlbustheeriodicitfltiiussochasicstyincorreaon,ygpyoft--?uncionBDGinequalitFubintheoremlocalmartinletheorandstochas,,ga,yytnrreweveh-rruficanalysistechiquesandothelatedknowledgerotepodeniorm,pboundednesstheexllltdmomtt?istenceofuniqueocamaximumsouionanenesi,tn.Secondlttheetfiltnmaioywesudxisenceanduniuenessoerodicsouiosof,yqptstHIV-vtdlaestrucochastic1.guredirusstochasicmoeChapter4mainlystudiestheasmptoticstabilitbehaviorofaestructuredyyg-HIV1virtt.ochasicmodeldrivenbLevrocessFirstlbinthussyypy,yusgenonausstheoreneralizedItoformulaKunitaineualitrobabilitroertiesGy,py,,g,qyppII -碩士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究probabilitymeasureandstochasticanalsistechniuesandotherrelatedknowl?yqedewcrovetheexistenceofuniue-orderboundednessuniformHolderg,pq,p,t-coninuitandcauchroertyoftransitionrobabilitofsolutionforaestrucyypppyg-1vturedHIVvirusstochasticmodeldrivenbyL6rocess.Secondlwestudypy,yht-teasympoticstabilityofagestructuredHIV1virusstochasticmodeldrivenbyevrocess.LypKesh--yWord:StocasticHIV1modelDnamicroertProbabilitmea;yppy;ysureStochasticanalsis;Martinaletheor.;ygyIll 广西师范学院硕士学位论文2017目录■I()AbstractII()一胃_雜111.课题研究的背景及意义11.2本文主要研宄内容及创新41.3预备知识5-1第二章具年龄结构的HIV病毒随机模型的渐近行为112111.弓言|2.2全局渐近稳定性13一2.3解的存在唯性172.4随机最终有界性182.5本章小结21一-第三章具年龄结构的HIV1病毒随机模型周期解的存在唯性2231.弓言22I一322.2随机周期解的存在唯性3.3本章小结38SIV-1第四章L病毒随机模型的渐近稳定性.40vy跳跃驱动的具年龄结构的H...4140.引言441.2渐近稳定性4.3本章小结59结论与展望601##捕6攻读硕士期间主要研宄成果64麵65IV -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机糢型的动力学性质研究第一章绪论§1.1课题研究的背景及意义一概率论作为当代数学的重要基础之己经得到了长足的发展.伴随这种发,人类对整个现实世界的认识也越来越符合实际.展、贴近本质作为自然科学中,最基础也是应用最广泛的学科概率论在不断完善自身的同时借由与其他学科,,的结合形成了新的学科分支与研宂方向同时也为实际问题的解决提供了可靠,,的理论支撑与有效的解决工具使现代自然科学的理论研究和实际应用都得到,了长足发展.生物数学作为一门交叉科学,其主要研宄方法为通过建立相关数学模型,将实际生物学问题转化为微分方程模型5-6再通过对方程的分析求解与估计,,,[j1-5.在生物数学领域随机分析、常微分方再不断改进模型以得到想要的结果,[]程、泛函微分方程得到了很好的运用7-12学者们利用这些工具、偏微分方程,[]己经建立起各种各样的生物模型以解决不同的生物学问题1-3.[]一作为生物数学的个重要组成部分一流行病学己与感染病学等多学科进行了很好的交叉与融合大部分传染病模型得到了较好的改进.因此的,传染病,一直威胁着各种生物的生存研宄备受关注.传染病伴随着生物的发展史,给各种生物带来巨大的灾难是生物种群健康成长的大敌.对病毒动力学行为的研,宄不仅能够对传染病的致病机理进行定量分析、治,还能为制定有效的控制,.随着研究的开展疗方案提供可靠的依据,也出现了利用时滞微分方程、偏微-分方程等工具建立起的HIV1型病毒模型与对其相关性质的研宄.自1981年艾滋病被发现艾滋病病毒引起的疾病就在全世界范围内传播起来现在己经发,,一直是全世界人们关注的焦点?展成全球性的流行病.艾滋病的治疗和预防尽管己经过近半个世纪的研宄人们仍然未能攻克这个世界难题.近些年由艾,,滋病病毒引起的艾滋病感染病例不断增加且死亡率极高1-2而作为艾滋病的[],一一罪魁祸首艾滋病病毒直是人们研究的热点.据报道称这种病毒己造成超,一-过600万人感染而其中又有超过三分之的人己经死亡56.己知的HIV病毒,[]--HIV-IV分为HIV1型和2型两种类型.目前流行的艾滋病主要是由H1型病毒引--HIV2起的并且HIV1型病毒的致病性和传播速度都大于型病毒.因此国内,,-外的研宄大都是以研宄HIV1型病毒模型的相关性质为主.许多学者研宄了确-HIV1病毒模型并取得了丰硕的成果34722.这些文献中定性具年龄结构的,,,,[]-1型病毒模型的相关系数:、被感染细胞的死亡率、病毒复制的HIV,如接触率1 广西师范学院硕士学位论文2017-率等都是常数.然而当HIV1病毒感染宿主体内靶细胞的类型不同时其接触,率、死亡率等可能会与抗病毒治疔的环境有关,且通常会随着时间的改变而有所变化.因此研宄具年龄结构的病毒动力学模型具有很重要的现实意义.,目前数学模型主要分为确定性模型和随机模型两大类,大多数传染病的传染范围极广且会以周期循环的方式出现作为传染病传播的始作俑者一病毒会受,到许多随机因素的千扰,如不确定的环境因素.从数学的方向看,世界的本质是随机的充满各种无法确定的随机现象.自然环境中的噪声也是确实存在的因,,此所有现实模型都无法用完全的确定性系统来描述,确定性模型忽略了随机现-象的普遍存在性.在这种背景下用随机模型来研宄具年龄结构的HIV1型病毒,一模型的相关性质更符合实际情况.这也是本文研宄的个重要意义考虑现实世,界中的白噪声干扰能更准确的研宄本文模型的动力学性质.因此本文把环境因,素扰动对H-1型病毒的影响考虑在内HIV-1IV采用随机数学模型来描述病毒模,型.一一近百年来L-V模型的研究是生物数学中最重要的课题之对各种.第个, ̄l用微分方程来描述的LV模型是由Lotka和Voerm的.生物lt从那时起_提出,学家和数学家提出并研宄了不同类型的1^^模型.在现实世界中,传染病模型不可避免的会受生态系统中环境扰动的影响本文研宄的模型当然也不例外.,LRONG本文主要研究的是.FENG以及PERELS0N2007年提出的具,阐在年龄结构的HIV-1病毒模型该模型考虑了进入抑制剂和蛋白酶抑制剂对病毒模,型的影响:'=s-T一-d⑷1e瓜⑷()⑷,Ja-=—t+Jat5aJat(,)(,)(,,^g^)()00=__-'1aaada^(0^pJc/V</〇^},1(())()(〇()°°=—£尸/1;0(a))p^/a,羞上(⑷(,⑷J0t=l-eEkVtTt(,)(I)x()(),^o7=!=其中j(,<)为边界条件初始条件为〇;?/?〇.r,X),(,)人⑷⑷是靶细胞r在时刻f未受感染的数量jao是a代(时刻未受感染的r细胞的密度,从艾,()(滋病毒渗透细胞时刻开始运行),S是健康靶细胞T的恢复率,%⑷在时刻4对感染病毒的浓度,⑷是非传染性的病毒浓度,是蛋白酶抑制剂的疗效,S1是进入抑制剂的疗效,A:是为感染细胞被传染性病毒感染的比率),卢⑷〇SaS1是未完成逆转表的感染细胞的比率,d是未感染细胞的平均(巩))死亡率,5(a)是感染细胞的年龄结构平均死亡率,c是病毒的清除率,是在a2 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究一-代时个感染细胞.在对模型加入干扰项后可以得到具年龄结构的H1病毒IV,随机模型:dT=-dT--kVtTtdt-TdBt{t!£Bij^,)iP)(()()^^))Jdl=---t1EE^kVTtS〇ItdtaItdBt(2{)2{),()(^i)))^dVt=1--t-tt-elaIcVdadBti/Pp〇{^i^^),()(p)(()))^^^jdVt=—3aIt—cVtdt—aVdBtel.p^{,^i()p/(/()〇()j)iNj^^))^^在自然社会中日照、温度、湿度、降雨量等因素都是随着季节变化呈现,一周期性趋势也因此HIV-1型病毒的发展与传播也会呈现定的周期性趋势或,;一受宿主的活动的影响.如人口流动可以造成定时间范围内人口密集程度的改,变人口密度的改变也会对传染病的发生率产生影响又因为有一些宿主对不同;,传染病的免疫力会随季节的变化而呈周期性变化人在不同季节对不同病毒的,免疫力有所不同进而也会影响传染病的发生率与此同时蚊子、苍蝇等生物;,,作为病毒的载体传播病毒,这些生物的数量也会随着季节的更替呈现周期性变化这种变化也会对传染病的发生率产生影响.为了更精确的研宂季节周期对传,HIV-1:染病传播的影响本文将周期性影响因素引入到了病毒模迆中,)t=-dtTt--tktVtTtdt-dT1£B(tT£/B(()(){)(I{{)I{){)i(〇(〇1(),))j-dl=-kVtTt-5tItdtatItdBt(t(l£Bi{tti0()(2(()2(),)){){){))))^^=!一卢p’一qWV也一(⑴⑴)(⑷〇W⑷,⑴内⑴V/⑴跟3(),))--dV=-tItttdtcrtVtdBtNt£PtlacVN4.I1P))()NI{)i{)()NI()4()()()(()p〇(^^假设s⑴,d⑴,加A:知⑴cr,c,cr3,cr4,⑴,⑴,,,2⑴,p〇⑴⑴⑴⑴氏⑴,块⑴,执⑴,S4(<)是正连续的且周期为0的函数.周期解理论起源于天体一运动周期轨道的存在性和稳定性这种解的特点是:经过定的时间周期后,,()天体的坐标和速度都严格地回复到原来的数值.目前由Ldvy过程驱动的随机微分方程仍处于发展阶段.由于环境中的扰动是随机的因此系统的解将不会趋于一个稳定的值而是在一,,驾平均值附近波一动这也是环境噪声可以在生态系统中发挥关键作用的个重要证据.为更好地,了解真正的生态系统所以考虑加入随机环境扰动.自然界中存在各种类型的随,Rt:突然的气候变化机噪声.ober等将环境的扰动分为两类物理扰动(如风暴,,口扰动如过度捕捞,生物入侵疾病及火山爆发和森林火灾)以及基于生物的人(,3 广西师范学院硕士学位论文2017其相互作用.研宄表明的变化可能会因为突然转变为对立状态而中断.本,平滑)-过程引入到了:文将LdvyHIV1病毒模型中'dT= ̄T-1--Tt{tsdt(dtai^dBxi)){){-tyiNdtdvfY7i(^(),)(,),=1-kV--dlteEiItTtSoldta2ItdB2t()(){){)^{)()(-及咖Jy%(你)')(成),dV=----t1el/cVtdt£TVdB^)(pJ)(卢⑷)p0(t)}()3}(〇3⑷()-"斤成耐jy73(《⑷,)(dV=£l-aIt-cVtdt-tdBNItPI^p〇NIa4VNI4t()(({))()(){)()j ̄tt^Nddv.Iy74{^{),)(,)w§1.2本文主要研究内容及创新本文利用概率论、随机分析及随机微分方程的相关理论研宄具年龄结构-的HIV1:病毒随机模型的动力学性质.文章的主要内容如下一意义以及本文的主要内容及创新之处第章介绍本文的研宄背景.,第二章主要研究由常微分方程和偏微分方程构建成具有年龄结构的HIV-1Lunov函数-病毒随机模型的渐近行为.首先通过巧妙构造yap利用李雅普诺夫,拉塞尔渐近稳定性定理研宄系统免疫状态的全局渐近稳定性和感染状态的全局渐近稳定性再通过鞅不等式和随机分析技巧等相关理论研宄具年龄结构,,一HIV-1、的病毒随机模型解的存在唯性随机最终有界性.HIV-1第三章主要研宄具年龄结构的病毒随机模型周期解的存在性问题.通-D-G不等式过利用相关函数的周期性、B、Fubin定理、局部鞅理论和随机分析一致有界性一技巧等相关知识,证明了系统解的P阶、存在唯局部最大解、矩估一一HIV-1计从而进步证明了具年龄结构的病毒随机模型周期解的存在唯性.,跃驱动的具年龄结构的H-第四章主要研宄Ldvy跳IV1病毒随机模型的渐近H-通过利用非高斯理稳定性行为.本章基于具年龄结构的IV1病毒随机模型,论、广义伊藤公式、Kunita不等式、转移概率性质、概率测度和随机分析技巧证明了系统存在唯一全局解一等相关知识、解的、解的致丑连,P阶有界性续一L^v驱动的具年龄结构、解的转移概率的柯西性从而进步证明了,y过程-1的HIV病毒随机模型的渐近稳定性.4 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究-本文主要创新内容:1目前对HIV1病毒的研宂主要集中于常微分方程或偏()微分方程构建的模型二者结合的研宄结果相对较少而加入随机噪声进行干,,二者结合构建的模型的研宄结果更少因此本文对具年龄结构的H-扰的,IV1病毒随机模型动力学性质的研宄具有很强的理论与现实意义2对随机微分方程;()'选用非高斯噪声进行干扰的研宄结果相对较少本文研宄非高斯噪声一Lev噪,y一声扰动下的具年龄结构的H-IV1病毒随机模型证明了系统存在唯全局解、解,一一的p阶有界性、解的Z/dWer连续、解的转移概率的柯西性从而进致,步证明-了具年龄结构的HIV1病毒随机模型的渐近稳定性.最后在归纳总结本文的方法及主要结果的基础上提出了本文中模型存在的,问题及未来的研宄思路.§1.3预备知识定义1.3.121随机变量某个随机试验的所有可能的基本结果或基本随丨]()机事件w所构成的集合记为A称为样本空间.的满足下面三个条件的子集一a族7称为样本空间Q的个代数:10e()2若D-Z)ee夕则其补集D(),=…3若Ac12则0Ae(),,),一P中的元素称为D的可测集或机事件.若C是样本空间n的个子集族,一"7则存在(TR(个D的包含C的最小的代数.由的所有开集所生成的代数称n'为fiok代数ord.定义在样本空间上re记为皮\其中的元素称为R中的S集,?DR.的J可测的实值函数久:—称为随机变量:夕41.3.221概率测度定义在上的函数P01称为可测空定义,[]()[]间(n,上的概率测度,如果它满足:=1P⑴1());〇〇〇〇=_==??P/2若人e12且人则Pl.(,,木)2))门牟吣#j),(0£()=ili ̄1一1.3.321三元组7称另概率空间?若个概定义概率空间完备性,P⑴,)[]()率空间的7包含的所有P零外测集,也就是说,如果rGr=infPFFeJGcF0,,()){(|}则GC此概率空间称为完备的.定义1.3.421数学期望如果随机变量久关于概率测度P可积则积分,丨]()称为随机变量X的均值或数学期望记为EX.,5 广西师范学院硕士学位论文2017定义1.3.521紧集设A是度量空间丑中的点集如果i?中每个覆盖>1的开[](),集族中必有有限个开集覆盖汔那么A是紧集.=.....n2和F都是非降实值函数13621F?1?如定义弱收敛)设,[]({,,}一-?FrF的每记果凡⑷)个连续点a:均成立凡〇)对,则称{}弱收敛到F,F为.Fn、m1.3.721适应过程IT;C=…X定义考虑取值于的随机过程.](),[}"1WRX?=…若对£:n—为乃可测亦即对i12mX+,t/與)(,,,,丨为乃可测则称X为S适应过程.),定义1.3.821Stratonovich积分设;CyeQ则存在Z£Q使忍=,,,[]()7〇dA:.于是对W£R+Y〇三=Z—sdXsdZstZ〇jJ一唯确定称为F关于X的对称随机积分.又称为StratonovichFisk,积分或积分.一定义1.3.921局部鞅个右连续的适应过程M=M称为局部[](){t}御一个非减的停时序列Tfc=12…鞍,如果存在fc(,,),满足Tfc个oo,a.s.,使得每—个M—Mi0总是使用记号aA=m=此后ina6aVt〇彡是鞅66TfcA(,,,)({}maxa6a6GR.,,{,})一l2lMa=X定义.3.10rkov过程个71维万适应的随机过程;!:t称t0[](){}>"为Markov过程,如果对0<s彡i<〇〇和V5£5,如下Markov性质成立:PXGBTS=PXGSXts.(t\)|()nrelR上式等价于对每个有界Bo可测函数分:R和0<s<f<oo有E=XXEX.(^(tTaits)\)(P()\)=定义1.3.11[21](爆炸时刻)只要a〇〇<r就有limsup;coo成立,则?|⑷|称为爆炸时刻.定义1.3.12[21随机最终有界系统的解被称为随机最终有界的如果】(),=对Vee1.GeR.(0,存在正数G系统的解吨满)⑷使得对任意初始值㈧t)足2limsupPx<L<e.{\\}-00t¥=定义1.3.1321P时刻稳定周期为w的方程drciXdf+X[]()⑷/(,(〇)抑,⑷)一d执在第尸个时刻稳定=>,如果对任意e>0,存在个<5<5(e0使)*E-P<>XtXt5t0〇〇,,|()()|6 硕士学位论文-:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究可推出EX—*piXt<et>t(,,\〇|())p这里X是的任意解且上式初值为EXf<〇〇?(〇|(〇)|1=tdi定义.3.1421P时刻渐近稳定如果周期为的方程cb⑴/e+[]()(())*g“,;S:⑴c/执的解;C⑴在第P个时刻满足)*EX-XP=lim<0.(〇)(〇||-t^oo则它在第P个时刻是渐近稳定的.?一1.3.1521lS在本节中n名个带滤子定义vy过程,J,t是(,令({}^p)[])i.e.有右连续且多包含所有馬丨,ty的完备概率空间,且滤子满足常见条件(〇{nn.n—全=<r.0〇〇RtKn'.rGK的P令R+.£01/如果m?集+而>,乞),,,}[){其标准形式为m=由44假设不同状态之间的转换是无关的并且,,[]'n一令e是以下带Lev跳跃的随机到下个转换的等待时间是指数分布的R,y微分方程的解.=F--HttNtdTtxttdtGxttdBtx{d,dv),(((),((),)(),))(())()Jynnnnn"M:MS—RRxRxSxY—这里F:ExRxS—MGRxx,+,++.RxSR+定义如下:是测度函数令x+;),TLV=Vt+VtFt+traceGtVxttxxxx,xx(,x,x(,,())(,)t()){)^[}-_-VxxvVxtXdv+H^)xx.Jy{((^)((^0(,)}()这里9Vx=-Vxt,txt()^,(,)/Vxtx(})_…—’dx1’dxiiyJ=榮.)接下来给出广义的公式:dvxt=LVxtdt+VxxtGxtdB,,,t(,)()()()t-tdtdv+V+xVxN.{xH(,)(,)}(,)JY接下来给出跳跃扩散系数的基本假设:=-1£S…>1假设对任意《,i1,,n假设%(,有,£W22<C*^^Vlnl+vXdvx<oo.{)|(]}()/Yl7([))7 广西师范学院硕士学位论文20172假设存在常量C7C>0使假设2,3p--dv<C<〇〇!+7v1vX./¥?C,P7iC,2[(())()]()以及v-lln+vXdv<C<〇〇./Y[7i(4,){ji(t))]()3l一.3.ie2l控制收敛定理F定理)设{/?是可测集五上的列可测函数[](},一是它的个可积的控制函数即在五上<Fn=123..?而F在五上可厶,(,,,,丨丨积.如果依测度收敛于可测函数/那么在五上是可积的并且)丨/?丨,/,l=Idimfndj,x./ff(1Fa一定理.3.172ltou法图引理设/是五上五?列可积函数,如果有[](()){}一=…上可积函数九使/?彡/n123i而且,,,,,,Um/fndnoo.<n-¥〇oJE那么函数M九是五上可积函数而且,n-¥〇oMJndfi《Mkfnd卜IIJEn—?〇〇n-4〇oJE1E是XxF-定理.3.182lFubini富必尼定理SxT上的t7)设有限的[](()(,)可测矩形五=4xE上的有限函数./是E上关于x/可积函数时i/⑴当/是"t,那么/在五上的两个二次积分dud///j,BAJJ/办如存在,并且ABd=d^d—xuijL11f^J^J.()JEJJjjABBAii反之如果/是五上关于XxySxT可测函数(),而且/的两个二次积,(),丨丨办一—分///(个存在那么它的另个二次积分以及二重积,办《^中有,11^]71/丨ABBA分/c^lX1/也存在并且1.1成立.r,}^()定理1.3.1921Levi莱维是五上可积函数的单调增加序列)引理设[]((){/?},如果它的积分序列有上界那么必几乎处处收敛于一可积函数?/而且,/,lim/dj,=dj,.-fnf[ffn^°°JeJe定理1.3.2〇21切比雪夫不等式如果c>o>o以及;celp则,p,[](),P ̄ppuj:Xw^c^cEX.{|()|}[\\]定理l.3.2l2lGronwall不等式令r>0,c>0,<区间0:T上[]())是定义在[,]8 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究的Borel可测非负函数u〇T上的非负可积函数.如果,?是定义在,l]u(t^c+Iv(s)usds,0l^T,())Jo则'Sutcesds0t.T^xpv^.()(),^j£2RRlxm定理1.3.2221(指数鞅不等式)设9£(,),7>,6>0,则[]+2_a6-psusdBsds>t<e.p()s|^(){[g^[|}L〇<^tIJq^J〇JJ2xmB--G不R1DIfr.0定理.3_2321£对〇定义](等式设3£(+,)[)2=l=dxtgsdBsyss,(、()’⑴3|()|j乂则对任意p>0存在常数只与p有关,使得,EAt^pEAt^t.Cp()\^Esup|x(s)|<Cp\()\,^0\()1.3.242lIt6公式设:r>0是ltd过程其随机微分为定理(),[])⑴dxt=dt ̄ ̄dB(ft\git,){){)2RRnxm^RhR其中ee£.若KGClTx则l/xx,/(+,)(,〇V),(⑴〇仍然是It6过程,具有如下随机微分:dVtt=Vttxttt+tr\/xxa:,dtxx,+Vx〇(〇(t((),)f()/(〇((〇3(),))(())^(j+VxtttdBa.s..x{(),)g()t=…且£PBol-Canell定理1.3.252lreti引理)如果^e夕斤l,2,札)<)(]([=kl=〇〇则〇队0.,)^=l’ik—i一"+nn+..存在唯::RxR—R和:RxR4定理132621(性定理假设/g[])nxmn+R关于;c£RXK可测并关于;r满足局部Lipschitz条件和线性增长条(,〇,n件即存在0fc=12…V£R且MVfc有不等式cfc>,,,使得u|y|彡,()--a-iVcx:txt</,fy,gg,ky,)(y〇|\\|()()|\(成立.同时存在c>0使得,n+xtVa:,^cl+x,Vx,i£ExK.f,)\(〇)()|g|(||\(=〇eT的随机微分方程则具有初始条件;c()%Idxt=ttdt+xttdB[x(),、、)g(())t()f9 广西师范学院硕士学位论文2017一0存在唯连续的全局解0:⑴i£0〇〇.而且对于每个P>有([,)),,Esuxsxp<〇〇t^0.p;〇,|()|-j定理1.3.27[21](H61der不等式)设e,77为概率空间(ru,p)上的随机变量且=均值都存在.则对任意的实数P,g满足1<P〇〇+1有,g<,¥,^22定理1.3.28[21](SChwarZ不等式)设以为任意随机变量,若£^),£^)存也存在且五2五2在则五物<五》等号成立当且仅当存在常数k使,,吻)7)[]妒)()==得尸切从1_}10 硕士学位论文-:具年龄结构的HIV1病毒随机糢型的动力学性质研究第二章具年龄结构的H-1病毒随机IV模型的渐近行为2.1引言§HIV-1病毒模型许多学者研宄了确定性具年龄结构的,并取得了丰硕的成-果815.从模型的结构上说这些模型都是确定性模型.确定性模型忽略了随机,[]-1现象的普遍存在性.因此用随机模型来研宄具年龄结构的HIV病毒模型的相,关性质更符合实际情况.在本节中将给出的具年龄结构模型调整为标准常微分模型.首先考虑具,,HIV-115年龄结构的病毒模型:[]Tt=s—dTt—1—£kVtTt()(Ei)i()(),^()■Ja=—5att+aJ,^(,)()(),°°--=-atdacVt2.1<VtlelaJai/)0(,,(){(p())p{){)j,()jt)/〇=-3aJa“da-羞Vw⑴/())p⑷()⑴,J0=1-kVtTtt£Eii(),(,){)()0初始条件为T0=7Ja0=Ja_TT其中J(为边界条件();,(,)s()⑴是靶细胞,〇,在时刻(未受感染的数量Ja0是a代(时刻未受感染的细胞的密度从艾滋,(,)(sT的(对感染病毒渗透细胞时刻开始运行),是健康靶细胞恢复率,⑴在时刻病毒的浓度是非传染性的病毒浓度,eP/(0<是蛋白酶抑制剂的疗,⑴1fc是为感染细胞被传染性病毒感染的比率,列a)(0S风a)g1效),如(如S),是未完成逆转录的感染细胞的比率^是未感染细胞的平均死亡率,是感染,一细胞的年龄结构平均死亡率c是病毒的清除率a是在a代时个感染细胞?,,p()5a==这里知和是正常量?2.1可以改写首先假设cJa模型(,p〇),(〇()p〇,p)为:'--Ti=s-dTt1£kVitTt()(,f()Ei){)()tJa=—6att+JataJ,,^,(,()()()^)2.2l()—=--at/Mda⑴1e,l0p〇()⑷,(p)(())_/〇°-=-VtVaJtdac.NIt£l0〇{a,)NINI()()Pj()pft()J^一f比所有可能感染代数都长的情况下.被表达让我们进步假设在,A?0总—_⑷心4〇a_=-P=aea<J0iae)其中成以以,)(,)11 广西师范学院硕士学位论文2017用〇〇pJatda/〇(,)表示在/时刻的全部感染细胞所以有,°°1=JatdaJ^)I〇(,)t§=-+3J〇a'tda(Jo))°a=-a-daJ^)az5〇Jat.{\^j^{,)由有界条件J〇i=1-又因为TV0+〇〇(,,上有界,)(,⑴和⑴在⑷[]-6_aJf=limJ0—〇a=知—K—=lim?可以推出limaaeeTiata0(,(J)()())—?—a>+〇〇aooa—〇〇^++因此,I^--8tlekVtTtIt.f()(EI)r()()〇()t所以2.1可调整为以下常微分方程的形式:,()^Tt=s-dTt-1-kVtt£Tf()()(Ei)r()(),t=1-kVt-ISSt(E^^n〇(),)V=1_-/一cV羞7⑴(卢⑷)p0⑴,}⑷,=£l—I—tcVp/P(,a)p〇{)nini^),()2=-其中型.3中破裂大小iV.从实际角度出发HIV1病毒,模(),模型总是受环@°一HIV-1境噪声的影响病毒随机模型.随机模型可以揭示些我,因此有必要建立们在现实生活中观察到的有趣的属性.在本文中模型的所有参数都是被扰动,的.我们在模型2.3中通过置换参数d与知以及C和Cv引入随机效果也就是,()/;/- ̄dd<5dt<JdBt^〇〇22{)^t=-C4C+adBc4adBit.if33(,cjvi>NI^^))一一这是个标准的随机建模方法.在理想情况下,当然,这是个初始步骤我们,应引入其他参数但是这样的话分析将变得过于复杂因此本文只考虑以下基,,,,本模型:rdTt=s-dTt-1-ktdt-eE^V^^T^TdBt()(()(i^^^),dlt=1—kVtTt——ltt^(adB2^()((Ei)j^)()2(){)<.4(2)dV=————[t1£l0aItcVtdtaVtdBt()((p/)(())p〇()j())^[()s(),dK=—?—/一/vc\v出aVdB4<j,⑴/⑷)p〇/⑴/j⑴4/v,⑴),、)(其中氏⑴,52⑷,S3⑷,⑷是独立的布朗运动.q,a2,a3,a4是负的称为随,12 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究机噪音的强度被用来描述扰动的波动强度.,HIV-本文考虑具有年龄结构的1型病毒模型2.1(首先研究其确定性模型,),的全局渐近稳定性通过计算下面的方程:,^***s-dT-kVT=0,**Ja=-6aJa(),j()()t2-5()°**Jda=Vaac,J^p()()***=J0kVT.()^一*=2..1的个正稳定状态平衡点尺TW我们可以获得系统(('J⑷,))2.2全局渐近稳定性§2=W那么具年龄结构定理.2.1如果病毒感染的基本再生数丑S1盖,*-的HIV1病毒模型的免疫状态瓦是全局渐近稳定的.—'L证明定义tyapunov函数°°———=T_TTln+lelaaaJada队⑴〇〇(pj卢()(),〇(⑴)善J〇)()(豐-a++卢⑷l7a+去叹〇去)⑷(W2-6()°°心-心=尸)=^。叫a:〇_/V三C7e其中a:£6&和a)(,()(J〇) ̄rdr--S〇H)(kVtaTtaet>a>〇t(){)Ja-(^)1-rt〇-r?+r/rJfl_e/0()a>^>〇s(^]|=2——2=/=0利用函数/l21ln2,26R+,在1以及ll处有全局最低点,函)()(*丑/的非负且全局最小?计算%⑴关于的导数数认⑴是关于免疫稳定状态,,我们获得-—队⑴=1-+1£pl?〇aadaj/羞(歲)与戸条()((0)/〇()^^d--+Jda+^+V^M)r^)利用s=dT可获得以下等式〇,——U=—dT—Tt-TV1SkVtTtt1+1SEik〇i(t)(Ei)i{))\{(〇)()(jt)T^)){()—1-—a’)Jatda£l3〇;+6a(pj,)^)(/())f〇⑷d()()--—V+1e10a}⑴古(尸,)(())昜13 广西师范学院硕士学位论文2017°°—£l—〇a)6aJap/+tda^(P())/〇⑷()(,))°°—?aatda—-〇pJVt,Ni/())/〇()()§()2=--^+1 ̄^EkTVt〇)((i)〇jf)i()°°9J-—1-——eEikVitTt1£p/l〇aada(){)()^()(0())/〇()^___1elaa_JaJa^jPJ)3⑷(M⑷P⑷(“)(()iiT()°°9J ̄a?〇^ ̄aJatda0?>{))/〇(()ia())(、'°°9J-S ̄-pi-3aaada.jfii/())/〇()^利用分部积分法,可得°°^°°=aadaaadJat/〇()^/〇{)(,)°°°'=J-aM〇!a<7(ia()M)⑷|=g/〇()(=J—7V1—Taata=〇〇e丑;t⑷(,)|(⑷()°°f—aaJatda,/〇()(,)=iV0==一这里取a0JA:(rTf利用Y⑷5a(,,〇W⑷(可得)(),⑷⑷p⑷,2---Vr〇+RlVji+RlNIt)jj()()jf()() ̄^£la—waaJaa==co)(P())(){^)\—a〇J〇卢((a=oo.()X),)|这里/?S1可确保[/S0以上所有方程均是有界的.系统2.1中的每个丨⑷,()1=0/?<1=解都是趋于⑷中最大的不变子集5R的.注意到当只要7},⑴rK=0平==衡点就是恒等的.>a0因此可得轮0,在況中对f有Wad⑷),**五_当尺=1只要r=T/=0?E,〇,则[⑷我们知道轮也包括平衡点{}⑷{,让=(7k成为況中初始值的解ri意fX0,八以),(〇)由況中的不变性%对任,,()一=均成立.由系统2.1的第个方程也就有Vj⑴0对任意f都成立.与i?<1(,)*=?的情况相类似五通过李雅普诺夫-也可以得到9?.因此拉塞尔渐近稳定,[丨,=r性定理,未感染稳定状态妒(〇,〇,〇)在/?s1是全局渐近稳定的.定理2.2.2如果/?>1感染稳定状态是全局渐近稳定的.,'证明定义一^Launov函数_typ**i*U=Tt----tTTIn+^tyIn2()(()^)(()〇〇* ̄1 ̄1 ̄_+£PiaaaJa1lnda^/〇(){P())()(){7^7^)14 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究°°- ̄-1Ida£pj1n1〇{^^)7(2).(很容易看出是t/2⑷连续可微的.与定理2.21证明相类似C/是非负的且平,2().在2.1中计算f/关于(的导数我们获得衡点是全局最小值点()2⑴,-=1-s_忍-1加伙办)了(亡))()(⑴()^y--+秦1-£朽1-3a1lnda()(/())⑷备^)|°—l— ̄_JcV+£pi^0alaa^t)daiit)r(P()^){{))(V^t)(I〇())°°*-?_-lda+wl⑷:1n>(卢)/。?⑷羞^}) ̄——-^〇i^aVi+£plalpacv-/0()()(,)j/())^()(v^7I)(/〇()**s=從以及=我们可获得利用+ZcTf,***——-=1-T-T+l1/+1ePla…⑷(⑴)(如)找(,)(饵))差最)4秦°°**——xaJa——^kVT1£kTVtda1Eiit(t)(Bi/〇p{)(,)()())Y^d-+il-el-?!Jda?^+(PI)(m)r()(J^)〇°----1£l3aaJatda+£laP7/,PI0(()(())^/p{)()jj())^0-x1_cia+1aJatckaP,饵))⑷(,)(〇JT⑷(),&gg*——daVaaJat+.^p((,)())vv/〇)fj,(t)经过整理得,2**-----Tt-^+\EkTVleEkVitTtU2(t)i{Ei){i){){)i^{))****-1-£kTV+V+VEij()^fjj°°_-1--1£p/lP^^(a^()({))/〇)!——1—1—aaal£p/<Sa^at)),)^()(P()f〇()((( ̄ ̄Jatda£p/^^a^)fop(a>)H(){ ̄—^£P/l/aa^(a>)/P())(()vft〇()—— ̄aaa5aJaildaP(),(()()(j)))/〇j^ij ̄adJada+£^P(,t)Pi{i))I〇p{)jf15 广西师范学院硕士学位论文2017°--£pil0aaJatda.jf(())y^J^p()(,)利用分部积分法°°*°- ̄ ̄ ̄ ̄=?aJa1In1^()()|^8/〇7^)〇〇!aJac—+a?a+aaGJ1a6aJafc?G.()^())/0()(M))()(,))-又因为V=fcPV'所以我们有纟,*2**= ̄T--U2ttT+kTVl+Inl()({))(Tyt)t^^/()*-- ̄ ̄ ̄-£p1aaaJa1lnjfO/)(¥())()(){j^7^)|〇=〇〇°°*+J-^〇PaJai ̄^(())/〇()()(Vtj()*__一+In爭血卢⑷a⑷JG1错))()(與吾**_lnkT-ln)U=〇〇+V{l+TT7^§(Jv/(t))°°* ̄-da+^pi-Pa)aJ〇l+In.j〇()/p()()()f〇v^t)^^*利用⑷而=cl/=和=ln^+ln+^因此,我们可获得*=-----Ut1eplaaaJa1ln=^2()^(/)(^())()()(^^|a00^^)°°*---+l£Plaa^al+ln^a(/)PP()^r(())/〇()(jt)^)^)°°J*+l---£pi13aaJal+lndajf{)(/())/〇p()()(v^t}av^)tj))(a(^,())* ̄aaaJa ̄_1lnP())()°=〇°(){j^7^)l°°*£l-5a〇/al-^a+>+ln^p/(/())/〇p()()(riT)j)^j*+£l-5aaJal- ̄+^a^p/(/())/〇p()()(*vXtr^v/〇)()jj(t)()2* ̄T-)=a_—容易知道上式中具有与函数/a:1lnxi相同的性质.这意味着正(〇一*定函数[/t/==22⑷■更进步说只要rr?/W有负导数|,⑴,(M)_f⑷,*■*/=/=1It/0就存在£⑷平衡点2⑷.因为系统2.1中的每个解都趋于所以|(),当它存在时就是全局渐近稳定的.证明完毕.16 硕士学位论文-:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究23一§.解的存在唯性a一定理2.3.1如果系统2.4中所有参数除了a2a4是非负的对任(,3,,)一正解且初始值Xo£R则系统(2.4)存在唯;S:⑴£R的概率为1,其t,t中R-W⑴,Vw£+证明由于系统2.4的系数是局部Lipschitz连续的因此其在t£0,re上(),[]一一一一是爆炸时间.因此系统2.4有存在个局部唯解这里T个局部唯解.假,e()1一设mQ>0足够大使得70,/00,?/〇都在整数集1爪〇,叫内.对任正()(),^)()[/]整数m2m定义以下停止时间:。,r=int£0T:mnTttVtVt<imf{,e){()J{),i(),NI{)}[或=Tint£0T:minTt11,VtVNil,>rn.f{,,,j,}m[e){()()(){)}令f=oo显然r是递增的.=lim这里0£t£Ta.s.如果不in0m令t〇〇〇〇e,m—?〇〇一0成立那么有对常数丑>以及ee(01使,),Pt<R>e{〇〇},一因此存在个整数77rm2m〇使得对所有m2^有Pr<R>^-{m}一2定义个C函数/:R1+tt--------VTIVV=Tlr+//Vl/+l.U/ol^+7〇)(^v/WW/),,uni)(^)()(5^(通过It6公式有,- ̄_dU=1-dTx^++dV+++)i^)r(j)^]V[(^][;+1_dV+^NI[^——=LUdt—1—aTtdBt1(TltdBt:;\i()(22(j){)^){)()——---VtdBt1^VtdBt1cfA.3i)3()()iNi{){)(){^^这里2—-——LU1——T—1—kVT+1!^kVT;sd£Eij)+((Eii)(()^)()[(|][/"___——5/++11ela7cV+〇)守()((p/)(/3())p〇’7)兮]][長 ̄ ̄-_a^cn++1Pi))P〇iVni)[(f]——-=—dT——kVTdkVs1£;++1Sj+(Ei)jI(Ei)^][———kVT—5I1BkV^++1£i〇(El)lj+0^[(El)]17 广西师范学院硕士学位论文2017-1—l————-+£/a〇IciVi£pila〇+c/+)(^())p0()p[(p()^^]£l—〇I———--+cVni£pila+cNIp/^{dp〇ni(0())p〇+[()^^]<sd---1=+<5cc:C+〇+/+++++jv/^^,[^^]=其中(7为常数且(75+^+5+以+(^++++因此,。譬譬孕孕,ARARmmd[/T/VV<CdtM.(,+TARf;,/,NI)f;m这里Mtt0是个初始值为0对上式求期望有{,2丨的局部鞅,,,E[/!T(Tm八尺),J(Tm八/?),V^(Tm八i?),八丑))[(]TmAR<UT(0),/(0),Vr(0),^(0)+EfCdt()〇<U{T(0),/(0),Vj(0),VNI(0))+CR.=A宄由尸对m2mi情况下令TTSi?2e可得尸2e?对每,{m},{m}一个wef2mrTWJTm£JV}TWl^Tmw?mm中至少有个等于m或者,(,),(,),(,),(,)告因此,LTr八i?/Vr八/?八J?^X^),(&八丑),}(m),))__-^——>爪11—m八lo.(叫)(g)m因此,t/:r〇o〇+Ci?((U(),,?(聊))>E[lUmiu)U{T(rmAR),I{rmAR),V/(rmAR))]一一一—^etyi1lotu)A1lo.{g(g)7TtTTt其中Uoo可以/r0/00K0nM是‘的示性函数,令m4得到与彡C((),(),Vr(),w())+==Cioo相.to?矛盾所以〇〇oa.s..§2.4随机最终有界性在系统存在全扃正解唯一性的基础上接下来讨论系统的随机最终有界性.,随机最终有界性的定义如下:定义2.4.1系统的解被称为随机最终有界的如果对Vee01.,(存,)=Gero/o〇e在正数G使得对任意初始值.,〇%系统的()((),(vK,/巧))())解T⑴/(,⑷,满足22hnsupPT+I+Vy<L<e.{\f+^|}^在讨论系统的随机g有界性之前需要先证明一个引理.,2.4=//引理.i假设0e〇1存在正数孖与初始值ro/〇Fo(,),〇,(),()/(,(),18 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究K0eR.T/Vw无关?使得系统24的解W⑴WKO满足())t()(⑴,(0,,)222^<.limsuEUT+I+V+VHpj^,)]JL—t^oo其中i/是常数.,证明定义eeeVTtItVtVt=T+I+V+VN[,(),rNI{,()i),())f4其中ro/oh(o〇eR,(),(),),W)+'dvrtitvtvt,,NI(),()I()()()69=LvrItVvtd-erievt,t,NI(t+e++ev^(),(jfi){)){)[\xTtdBt/dBrB^t+aV<tdBt.aii+<72t2t+c^yii^jdii{())(){))tu{))^(^其中LvrttVtvNtj(),j(),I()()()_-=S_dT_1—1⑴(咖)州T⑴(⑷()p]02——没Jl—fcVT—5/10/V/+e£/7⑷<。⑷()g⑴()f()]--ev1--It-1eavt+eJlap(^l^)f(p)(P())0()][(^———+沒el⑴1沒?以,p,卢⑷(⑴())](f沒e01又因为(,)e2ee—^—9TT<TsdIS+VcC1at++〇i+Vmi()\{)()j^j2lle2e-------e\-eiiteievavte\evavt{a)()f\f{{)mlm{))l\)\e6e6eeJ+VV-TIVV+T+f+NV{,,f,NI)I60V<Ts+d1+/^+1+v(c+1+ic-N1+)(〇)fj)^jl+)(-VT\l\VfX{i)e6ee6=GTIVV-VTIV,(,,,N),\Vj,^7)fI(其中e0eeeGTIVV=Ts+d+l+I6+1+Vc+1+Vc+1.,;)NI{NI)(,,f^)(){〇)f(0又因为0£01显然GT在中是有界的?即(,)C,,V岭H=T\lV^<00.,:supG\Vf{,j)TveR,iy,I,NX19 广西师范学院硕士学位论文2017所以可以得到<H-LVTtItVtVtVTIVV.(),(),j(),NI()),(,,j,NI){因此WT⑷,他⑷)(e6<H--xVTIVVmdt9T+9I+OVOV(,,7,)^][f+]x[aiT(t)dBi(t)+a2I(t)dB2(t)+a3V7(t)dB3(f)+(T4VNi(t)dBi(t)].对上式再次应用以5公式,可以得到4=evTtItVtdt+(NIdvTtItVjt^(),(),{){),(),(),{(〇[))]4改-<eFr/vtKw(t+vrtJTv冶⑴,⑷,K),)((),(〇,7⑷,⑷)|())8ee-erei+evev+f+NI(^xaTtdBt+aItdBt+cr3l/idBt+{i{)i()2()2{)/()3()jl6°=ei/-or+ie(9+v+evif^)['dBa"xaTttltdBtcrVdBt+〇idBii{)i{)2()2{)+^i(^)z{)4Viv/()4()^^jl60=^H-eer+ei+ev+evxf(^-xaTtdBtaltdBt+aVtdBt+〇^4<-i()i()2()2()zi()3()4^/(〇()(^对上面这个不等式两端同时取积分=^1取期望可得<VT1(0),I(0),Vr(0),VNI(0)+6^.()同时还可以得到iTt!<msupEV,ii)^)^)^^))_j另外22222T1VV<AmaxT/VV.(,,T,^){,,,f^}所以22TIV<A,maxT\l(,,^V^{\Vf,V^<e0ee2maxTIVV{,,I,^I}e<2VTIVrVNI.(,,,)因此6eeVt<l<limETtItVNIt2imEVTIVVNJ2E.,,j,,,t,x\()()()()\()—t—¥00t?〇〇20 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究^=令^2/^得证.,引理定理2.4.1系统(2.4的解是随机最终有界的:)证明由引理0=0,令存在常数心>,使得|,imtttVt2<LliETI,VV\(),()I(),NI()\t—^OO对任意的e>0令由Chebshev不等式有,y2⑴⑴丨PTI<呼⑴肩-ttVtVNIt>L<£.,{,()I>}\()()()\3因此lPTtItVt■imsuiVN>£p{,,7,I\()()(){)\x}<t—^OO定理得证.2§.5本章小结H-=本文基于具有年龄结构的IV1型模型通过构造Lapunov函数队,y⑴———T—T—\-—lada-^UtTttTn+l£piaaJat(()〇〇)0(()(,)2()(()^)J〇(())**-r-rHiviin分析由常微分方程和偏微分方程构建成具有年龄结构的模型的免疫状态的全局渐近稳定性和感染状态的全局渐近稳定性?如果病毒感染的基本再生数s1则免疫状态是全局渐近稳定的?若病毒感染的基本,再生数/?>1则感染状态是全局渐近稳定的?在加入白噪声干扰后,通过构,造Lyapunov函数-------IVV=T-lloTIllo+VllogVilloVNiUT,,tNIgg^i^+yNig){I{^i)与eeeVTtItVtVNt=T+I+V+V.),(,j(,J())fNI(())并且结合伊藤公式证明了系统的解的存在唯一性并且在系统存在全局正解唯,,一证明了系统的解是随机最终有界的性的基础上.,21 广西师范学院硕士学位论文2017第三章具年龄结构的H-1病毒随机模型IV周期解的存在唯一性§3.1引言在生态系统中周期现象也是普遍存在的例如白昼黑夜的变化四季的更,,,替食物供应链等.因此研宄系统的周期解是非常有意义的但是目前传染病,,,的周期解的相关研宄相对还较为缺乏,随机性的传染病模型周期解的研宄更是少之又少.所以.,随机传染病模型的周期解的研宄是很有意义的因此接下来,一-1本文将会研宄具年龄结构的HIV病毒随机模型周期解的存在唯性.在本节中针对基本模型2.4考虑到现实世界中周期因素的影响,需要将,(),系统2.4中的系数调整为周期函数,则得到如下系统:()rdT=-T--tstdtt1e^fcVrr^{)((){)()((〇)(〇(〇(〇)dit=i-咖fcr-知出[)((⑷)⑷w⑷⑷(以⑷)-IattdB2t2{(,)){)^dV二--/-由it以⑷沿饵⑷列⑷以{)价⑷⑷叹切-(7VK3⑷料⑷,dV■=e■1—1—c■dfivpii⑷(⑷(卢⑷)p〇⑷⑷tvt⑷⑷)-^itVtdBit.)Ni{){)ssdtfc<假设<T7ca⑷,(),⑷,⑷,i⑷,知⑷,2⑴,p。⑷,⑷,⑷,4⑷,历⑷,执⑷,B3(〇,S4⑷是正连续的且周期为咖函数.一§3.2随机周期解的存在唯性一一首先给出本文这小节的些符号和定义.更多内容详见参考文献23.丨,丨一-令R=0〇〇.e:定义个满足常见条件的带x域滤子Ji上0的全概率空+,丨)一间2〇.个t)历⑷,执⑷,执⑷,丑4⑷是定义在概率空间上的一12n,标准维布朗运动.令C7为RxRR空间上的所有非负函数族.首先对f求(+;+)导D设=+〇〇的函=M再对;r?在^ooR定义⑷数族rj<〇〇.定,j,;+〇,+[()[)一L义个函数:如果对任意的心⑷<〇〇<£a则函数.在本文中,丨j⑷是有限的,22 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机糢型的动力学性质研究我们考虑以下随机周期微分方程:^dT=-Tt--tVT-aTdBtt5dt1eEktttdt(〇{i{))j{)^^),{))()(){){^()=-t-tItt-Itdl(t1sEitktVtT6dattdB,)j(()〇22{(())())()()()())^j--dV=1-l-ctdtatVtdBtitepIta〇tIt^V^3)j()3),))^()p{)()(({)((()(^一一dV=e尸1-/V也aVWj⑴,卢⑷〇⑴,⑴()p⑴⑴/v,⑴4⑴/v,⑴⑴、()77/''..其中在0<<,上初始值T/,〇eT。//6力V/£Vv/〇eJ。,〇,/〇八,j/(,()()())系数st:tooRdt,:tooR£Et:?,〇〇K,{(〇,\,()〇,\i()(〇;))+)[(+),[+[kt:to〇Rat:tooR6t:<〇〇R(〇,],;〇〇,;),),i(〇+,)[(+[(+)()[)(tt.at:iooE/:<c>R:o〇Rex2()(0,;,p〇〇,;,,]),()(〇+([(+)[+pI[))t:t:tRc:t〇ooRctooRatoo/,;〇;,(),;NI〇,+,3[(,+)[(+){)[()()-B:?Rt:iooRfii:t〇〇Rt〇〇+a,,;,A();),i)(〇,+,2()[(〇)[(〇,+([)召:亡°°肽,丑4:^),°°;?是B〇rel可测的?3⑴,;⑷(+)[(〇+)[对W>0有:,===tkt=ktst+wstdt+wdteEit+w£Ei(),(+w)(),()(),{)(),()==atu=at6toj=Stat+>cref+welx+i+,2u2(〇,/()pI(),){),〇()〇(){)p(=u==t=crtttCt>Ct〇t+t〇+cj+j,Niwc^j),as(+w)3),p()p〇(),/()()()((===t+j=CTtBt+coBtBt+u/?Bt+uiB,C42>s)3()(,i()i(),2()(〇())Bt+w=i{)1,2对[/£CxRR定义算子如下:^;+)LVtTt(,())=V-tTt--vttTt+vxtTtSld1SEmm^n))t(,())()()()(,()(()T-T<TtraceattvJtti()xxi{){),\{({))—=tI—tktT{t6tItVtt,It+vxtleEitVi)〇())),)({)()()(()(()({))T-traceatItvcrtIt({2{{xx2{){),)))\23 广西师范学院硕士学位论文2017LVtVt(,j())■=--Vl-+力^⑷1eCV^,叹〇)以,)((PK〇)(卢⑷)p〇⑷邶)/(〇K〇)T-eatVtvatV}ttrac{3ixx3,\{{){)){)()LVtVmt(,())=V——ttVmt+vxtVNit£Ptla〇tItcNItVNit{,{)){,()){I{){^())p(){){){)):r-tracecrfV^/tva<TiV-((4:;E4iv/|()())()(〇3-2()这里==…,W(,,W監,乾)221/_/dvdv、y—'''Xx'dxdx)ii/...3.3(y)’dxdxidxidXniv=??xx:?:??.抑^V-...、J^dXndXdXdX/inn八6公式可改写为:tt=LVmTrndm ̄-vmTmamTmdBmxf,){,))i)(i(,{()f(())tt〇〇Xtt=LVIdm—mmammmmvIIdBrrif,xJ22)^(())f(()){)()(t〇t〇/N/N(3-4)vUv-vvj^mNJ^Jtt=LVVmdm—mVmmmvxaVdBmf,/(fx(z(r(z{)^))/()))))t〇t〇、tt=LVmVdm—maNImvx(Vm(.rn4mVimdB4m.J,{)),))()()((J)°3一为证明系^.1周期解的存在唯性首先证明以下几个引理.(),引理3.2.1假设存在有限函数厶⑷e其中:T>f0对所有ie,"[i〇,:T],o:,ye/?以及p>2,有:----dl-xTx^xfcxV:xd5x/rarsT()()()(())()()()((y)(y)(y)^)^24 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究-1-kVTeI(Ei{y)){y){y)(y)^|<L---k-V-T--t1eEixyxyixyxy+sx{)({))(){)(){y)(-dx-Tx-y,()(y)^Sl-x-SI--V£ExkxVxTxx1ekTy(i{))()I()()〇(){)(Ei{y)){y)I{y){)(j^-知(J/K(2/))|--x-k-V—T--x—JSeEIyxy!xy)xyS〇(y)(x(y)()(()-----IValexlaxc/x;l£(pi())0{))p〇{x){)()/()(pi(y))(()(-x1-a/c(卢)p〇(y)(y),(2/)Vf(y)())|--------/K11a:SLex;rxycxy/cpJ)々()p0y()j()y),⑷((y)()()()I|(-—,-xV—工1卢acwW/(_teP/)l卢(a)咖()(⑷)p〇⑷(〇())(y()()(|xpi 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广西师范学院硕士学位论文2017M"n/R<Ti0£Li+<70SZi3w^+w(,)p(〇,];,4p〇,;,[)()([])nnBi(t,0)GLp([i〇,i〇+w];R),B2{t,0)£Lp([t〇,f〇+w];R),3.6()BRnBnt0£Lttt0GLttR.^{^(〇,〇+w];),^{,〇,〇+w;)p\)p([])3一一>P则系统.1存在个唯解且如MEri〇<00E7<00EVi<(),0,|()p|^)|l^cOp00EppEpV^f<00则有Esute!Te<ooswtJe<oo,0p〇t,pt,|()||ss()||〇^^()|Es?<<ep<00EsuVep<00.ptetV/,pt<e<tNI|〇()|\〇()l证而令r0(r)E7XV),7〇(r)=作。),V}0(r)三1/^0),v^/0(r)=㈨,定义皮卡尔迭代:----mmTsmrfmT_1£/mmT_mdm(if!:V}n(t)f(n;/(n_?li)()()())()()1())t〇t- ̄〇mTmdBmti-1)i+T〇fn,()(()()t〇t4⑷=l-恤J((t〇tI-+t〇<Tm/_md5mni()/2()()2(),to=1-1-’—Wn⑷/饥川3饥n-mmdm/“^(⑷)P。()i()JDt〇+Vt ̄crmVmdBmi(〇)f3In^3,()()()t〇tV=e>l-/dmNitmam_mcmVmn()/(//()(^())p〇()n1()iV/()^/n_l())t〇t+VNt〇-i{)J*03-7()对任意p22有:,T<n|(〇pto-1-PeEirnkm^rn-imdrri(i^ii^i^ni^l-dBamn.mIfxi^^ii)^],38()PW/?WS3。+|I[|叩)pto-SrnIrndmp-arnIdBp〇-i2rn2rn()n(),)\\f()()()\]t〇26 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机糢型的动力学性质研究pP_1p--V/<3Vi+1£ml/3am/n_imf(〇Pip〇()|n(〇||)||/(({)){())()[t〇p-p-Vdm-VamrmdJBmc/m7mn_()_1())|3i13,?|/()()()|]t〇_pp1p-Vt<3V7v/(i〇+eP/(m)(l/3(a))p〇(m)/?_1(m)\Nin{)\[|)||/(£〇tp-p-dSV.c^-1mdm<74mVmmNI(m)NJ())_n\|/()N7r1()4()i]°因此对任意feT可得到不等式如下:,b,]ETP<3^71^[supnm\(0\\()\])t〇< ̄m<tm_1+3PEsupst-drTr()()()(|f(t〇<m<tt〇---eErVTTdrnaiim^j^^i^im_1p-Pd53Esuarr_irri(?(i(),(p|/)))|t〇P<p^EsuImSE/opn()\O^)^[\)<<tmt〇一一m'-1p-TElAT—t:rV+3sup(e£Jr))C)_1()?J(|]((^)t〇<m<tt〇p-r/5〇(n_irdr)())|)m_-1p-PES3su(7r/-r<iT(p2()ni()2()|),|/t〇<m<tt〇EP<P-^VsuVfmS/o)|?()|I^^[p]t〇<一m<tm_P1-r-9ar/r+3Esu1el/p〇n_1()(p|/((P/())(())()t〇<7n<tt〇 ̄cTVr^iI)^)()n.()m-3^^surT(i5Tpa3()^_,?1()3()(|/nt〇<m<tt〇P^5P<3EsuVNIm]SEVW/^oI)![p\n()\t〇<m ̄<t 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广西师范学院硕士学位论文2017这里C是正常量,代入不等式(3.9),可得:Esump<ooEsu/mp<oon,pn,[p\T()\][|()|]<<tt<m<tt〇m〇pp<EsuVIm<oo,EsupV;V/nmoo.[p\n()\][|()|]t<<tt〇<m<t〇m32一由23引理..1岢福对iei〇:T系统3.1的唯解为,,,[]()[]T==tlimTntItlimIt(){),{)n(),n-¥〇on-¥〇o==lV/limVitVNI{timVNIt.(0n(),)n()n-^oon->oo.2.2假设35£TrLi£引理3.成立以及对所有frVSn,,,?()[M]|||y|()->2L\t〇TR^,,+,p[})S--s-dT-1-kxVxTxsdT(x{xxeBix{i{yyy()){)(()))){)[{)()()j-£EyyyTyi())H)M)())\<--d-T----x-Vx-Lntsxyxyxy1eEi{xy)k(y)r(y)()()(){)()|(xrx-(y,))|---1-Sxkxmx^x5xIx1£kVT(ETi^ii)0()()(Ei(y))(y)j(y)(y)()(|-<W7/(2))|------<L<1--kV?5;In(£Ei{xyxfTx〇ayx,()))(y)(y)(y)()(y)j|(---1-x-£xlaxIca:Va;1£(p/())(^())p〇()()/()7()(Pi(y)))(|(xl-aI-cVP(p〇(y)(y)/(2//(y()))))|<L----I---K-i1sxlaxxcxa:n()(pI(y))(^())p〇(y)(y)/(y)/(y),|()----6;1/V;l:1ca;ceP以)(卢⑷…⑷⑷jw()W()J(y)(⑷)如⑷办)|()(-cmV{y)m(y))\—-0a-/----Sk⑷lrxC;rvy)(/())p〇〇y)2/)w(y)w(xy))|,(-p<--pxTx<7rLtaxTxWi(()i(y)(y)|ni^^y)(y)\,)Ix-rP<Lrx-I-pa2xcIntcx{)2(y(y(2yy)\,\{)))\)\{){30 硕士学位论文-:具年龄结构的HIV1病毒随机糢型的动力学性质研究ppr3V---cxa:crV<LntaxVa:f3Iy3/y,|()()(y)()\()(y)()\\3.11()-p-p-ixVxa4V<LtaxVNx.W()NI()(y)NI(y)\n()\A(y)I(y)\一一贝IJ定存在停时r使系统3.1在ie知/K(),4上存在唯局部最大解T⑷,,⑴,/⑴V-at/(〇证明对每一^个>1定义截断函数:,hh=t=ttxtxxxfh(,)f,,gh(,)g,),()(一=0时=0fGdLx3....令xz满足(.536由引理321存在唯,,UL),)),(),解可表示为:dT=tTt-TdBtht,hdt^^htxi),)fh(())gui^(dlt=tItdt-tItdBthh,h{2,{)fh(,{))gh()){)3.2<1()dVt=tVtdt-tVtdBt,,ih{)fh{,Ih())gh(Ih())3{)=—tdVttVtdtVtdB.({Nj))(t,Ni())i)Ni)fh,h(ghh(kh====其中fefrTtJ〇,初始值。,,),W。)叩。),R⑷叩。)⑷[]W⑷T=ifer?int〇:;之A对^5<〇,丨a⑴汍,有%)定义停时汍[]丨}tTt=tTtt=tit1,fh(,hjh(t))1,h())、h())fh+(,h(yf(fh+(>==tVttVttVNItt,Vt,fh,Ih(fh+i(,Ih),fh(,())fh+i{NIh())())()hiTt=tT-^—t^titl,9h{>h)gh+l^hi)),ghi^ihipy)9h+(yh{))()=tVt=tttVttVt.h+i,VI,,i,g(,ih())gh(h())gh(Nih{))gh+{Nih())可以得到=Tt=TlIt=I1Vt=/.VtVt,i,i,NI)NIh+()h)hi{)h{)h+()h{)^+1)h(l{+(因此队是渐增的令0=lim汍对(e外定义,,—HX>/l===Tt=TtIt/^V^VtVtVNJttet3()h{),{^,,N,〇,/h)()f()Ih()j()h()[]25引理3.2由.2,可得丨]T=Tt>limtj,un(,u),()n—^oo=limIt〇jn,,{)—n>〇〇V=limVtui/iw[(,),(,n)n—fooVtu=limV〇j,jNIt.NI()n(,)n—>〇〇一因此TJ,ie,3.i)在te⑷,的唯最大局部,⑴,⑴,%⑴,⑴知仇]是(妁上解."3.2_336311xRRe令..成立);+引理假设存在函数,p(),(),)31 广西师范学院硕士学位论文2017mUx^°°^^'313lj^L.,^-v(J)x>ootet,T||[〇)LUtt<—tUttxx+t.3.14,(,())p()(())q()()一使系统(3_l)对初始值TeJJie7t〇eJe有唯(kbVrb),(〇〇,,)()解t⑷/V7其中fer都满足以下矩估计:,⑷,⑷,,fe,),-mdrn^p-{)dTEUtTt<e〇EUtTtmef^dmt£tT(,())0,0q(())J,〇t,()[)t〇jt ̄mSp)dm-^{EUI<tf^tte〇EUtIt〇+edmtEtT(,())(〇,{))Jq^^[〇,),t〇-<^^-dTEUtVteEUtVto+meMdmtGtT(,^))io,^))Jq(),〇,,[)t〇-<^^-MdTEU{t,VNI(t))eEU^Vmito))+fg(m)edm,te[t〇,T).to322一证明由引理..得到在f上的唯最大局部解r⑷,我们。,/?Vf⑴[),八,一=r.我们需要证明^.若矛盾则定存在两个常以#),这里^是爆发时刻,量e以及:n<r使lPr<T>2e.{x)因此我们可以找到一个充分大的整数fc〇使ni3h<Ti}>eyh>h〇,(3.15)这里仇=faT:314inf02扑由带跳的加公式以及.可以得到对,⑷,{[丨()任意££知,7\有]t^hET=m[/f八iA?EC/fr^+EJL[/Tmdm(A/^〇,),,())(())(())t〇i八卢tAh^h<EUT-Em/mXmt0t〇+fgmdm[,dm(i())()fp()(()))t〇t〇^0thEUtAA=^UtIt+EJLUmIrndm(fih,^h))(〇}(〇))(}())t〇tA0htA0h<EUt—XtI+fmdmEmUmmdm(〇,(〇))q()Jp()(,())}t〇t〇八t办EU=tmtA/3hVtApmtV+E/LUV}mdm,h0,ro,(^)){i))(())tot八办tA0h<EU ̄mmXmt〇Vit〇+mdmEUydrn,())q()()(())}(ffpt〇t〇32  ̄硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究tA3h/EU=mmtAVNi(tAPEUiV^+ELt/VNIdvih)(〇,W/(o)(,())())/t〇tA0htA0h<EU—tVt〇mdmEmUmXmdm,〇,Ni(,())fq()fp()(())t〇t〇同时有Ef/(TxA0h,T{T,A0h))<oo,EUinA0h,/(^A/3h))<oo,£[/7\八T八<〇〇E[/7八\7八<〇〇.仇,W\汍))\,^(\((,(仇汍))因此^(I{0h<Ti}U{0h,T(Ph)))<〇〇,^{i{Ph<Ti}^{PhJ{^h)))<〇〇,3.16()'〇^UV/<[/3^<〇.<T0hl(h<〇〇!E,^(h0hi{,P)))(^71(//l/(/h)))}{}令n>ih=Kt:itTxRxhinfx(,x)e〇,,||,f(){(,)[)}=.由(3.13)得limx〇〇?又因为(3_15316有/⑷),()h—^oo£ih<j,hP<T<oo.f()f(){Phi}:r/当/.因此其扣eI4〇〇时结果显然与假设矛盾,,,⑷,⑴,w⑴⑴一3.1在(r上的唯解.对任意(。<6<r由瓜公式可得到k,,,r)是系统(〇)[)[^p{m)dmEeUtTt,()[()}^p(T)dT〇=EUtTteLUmTmdm{〇,+E,))(〇)){(/t〇m^p^dT-me〇VmTHEpm.dm()(,())J^〇p)dTf(rt-m<EUtTt+Ee〇pmVmTm+qdm(〇,(〇))(()(,()))())ft〇p^dr+Ee^〇VmXmdm(,())fSpr)dTt(=EUtTt+me〇dm〇,〇q)(()fl(,'fp{mdm)Ee〇UtJt())[(]^p^dT—EUtIt+Ee〇LUmImdm〇,(,(〇))(())/t〇m^p^dT+Eme〇VmImdmp((,()))J^qpTdr()<EUtt+Ee^ ̄mVmm+mdm{〇J(〇)(p()(J()))q()))ft〇^p^drX+Ee〇Vmmdm,)(()fto33 广西师范学院硕士学位论文2017rdT^p()=EUt〇It〇me〇dmt()+g(),(//〇tdmftp(m)Ee〇UtVttj[(())]^p^dT=〇mmEUt〇Vt+EeLUvdm(,j(〇)),x/(())t〇m^p^dr+Eme〇Vmvmdmp()(yi())^p^dr—<EVie〇mmmmJ7i〇+EVV+dm(,/(〇))p),jq/(((()))())to^v^dr+Ee〇VmXmdm(,())/tom^prdr=m()EUt〇vt+e〇dm(i(〇,,)/^q()〇J/咖)Ee0?⑷?⑴[)]fp(T)dT=EUV^mmt0NIt+EJeLUVNdm()(〇))(,I())t〇mpTd7厶()+Epme〇Vmvmdm,jvjJt()(()):pTdT^^)-<EC/fVte〇rnmVmm(0)iv/(〇))+EpV,NI+qdm/(()(()))())t〇-ft〇p(T)dTHEeVm,Xmdmf(())tom*prdT^()=EUV〇tNIt+medm{〇,(〇)/q(),〇所以有,-dmpm-EUT<^()f^tte〇EUt〇Tt〇+me>dmtetT(,())(,())Jq(),[〇,),to-mdmf>()-fdTEUtIt<eEUt〇It〇me>P^dmtetT+(,())(,())fq(),〇,,[)t〇-<^^-f>^drEC/fVteEUVt+medmtGt〇T(,r())jio))fq,,^(),[)t〇-fm)dm-<(fX^dmtVte>EUtVNt+memtet〇T{,NI())(〇,I(〇))fg(),[,),t〇3.17()证毕..2定理3.1假设对任意Te〇〇3.53.113.3.1成立,,,如果[‘)()()(叫,(句,存在一个正整数C使' ̄TdT^p^)/qmedm<C,Wtet〇,oo,3.18()[)()t〇同时存在正整数a使对所有te如〇〇满足,7,)aa:p<Utx<xp3.19,,||()7|()|34 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机糢型的动力学性质研究3—则系统.1的解是致有界的.()f3.证明对任意了e〇oo.53.103.12313成立由引理3.2.3,),()(),(),(),,[,3.1在初值满足r%evi)e7〇e乃八e乃时,系统(),叩〇),,^(〇)一一在⑷〇〇上存在唯解T⑴/且唯解满足:,),⑴,⑴,⑴,-^pTndm-{)^dTEUtTt<e〇EUtTt+mef>dmt£too{,(0,〇)q),〇,,([)))()f(t〇'-?71)11171-!{^dTEUIt<6〇£0111+mef^dmtetoo(t,,q,,())(0{〇))J{)[〇,)t〇-^prndm-dT{)^^EUtVt<e〇EUtVt+mefdmt£t〇oo(,T())(〇,^o))q{,,,J)[)to-^prndm-dT{)f>^EUtVt<e〇EUtVt+gmedmt£tooNI,,,(,)0,NI(〇))()〇){)(f[t〇—-由3183.19得系统3.1的解是致有界的..)和(),可()p(=..或者是正常函数:满足318的函数有很多例如如果p⑴(p⑴注,g⑴,(),g〇则满足3.18.()一接下来证明随机周期解的唯性首先给出两个定义.,一=定义3.2.1如果对任意e>0存在个<5(5e>〇使,()*PETt-Tt<S〇(),\()\*EI-P6tIt<,\(〇){)\>t-Vr<Vt<5j(〇,n);()\-p^.EV〇V<(5,|W/()^7(〇|可推出*PETi-T<£t>ti,〇,|(〇)()|*PEIt ̄It<et>t){),\,〇\(〇-P<EVt〇Vfet>t,o,|}();()|-PVtVt<e>t.n〇t〇NI()^,()\,*3:T/被称为第P个时刻这则系统.1中周期为u;的解K,⑴,⑴(),⑴,/⑴/V意解且系统3.2初值为ET<〇〇E/<Vf⑴W/⑷是任(),|( ̄|里T⑴|%)|),⑷,,ooEVi<ooEVW/(^o<〇〇?,/(〇)|,|)||?*P定义3.2.2如果系统3.1中周期为W的解T/⑴V,⑴在第(⑷,,7⑷)个时刻是稳定的且满足*p-*p—==ItIlErtT0liEt0im〇(〇m{〇){)\,|,\|()?£—?〇〇£—〇〇)-P-p==l£t0.limEK/^oVt0,im^/<〇V^7)|(l);()\|()-〇o-^t¥too一1p个时刻是渐近稳定的.性令”产为证明随机周期解的唯,,则它在第,⑷(035 广西师范学院硕士学位论文2017P⑷0⑷系统3.1的解且其初值分别⑷,0⑷,是,⑴和,(),为^vwr2,/2,1//vw,,圪化,#2vtt2lTh_Tt=-T+sm-T2dmTmi⑷()J[(()()()*0*i1l-1-mfcmVmTm(^/())()r()())72t————22^m1:m7m^s£mA:mymdm;/(()^)^)(())()/()())]£lil2——crmTmamTm<ijBmi/[i()()()()]i(),t〇ttl-2=——-ItIt,+l5〇771(){)A2Jl((⑷产())t〇2tt-—221£rnkmVmTm—StImdm((Ei())()}()()〇()())]t2-爪爪-爪7爪紐爪JV2(()内()()]2(),t〇12V―V=-l—m1—A//Vn4+ejamm[p〇⑴⑷J((P())(列))()()t〇.x-cjmVrn{)j{))2-1--mt2m-emlaI^rnVmdrn(((^p〇((p/))()))(){^l{)))ttl2-arnVm-amVmdBmJ[3{)J()3()j{)]3(),to*-1-=+emlamJmJ[(w()(卢())p〇()A⑷成⑴()t〇-cNmVpmI{)h())t2---£:PJml?mJmCmVmdm(()(/⑷)p0()()ATj()^f2())]-mV^-mmarrVdBm.JW4()h()ii^^i^ii)t〇123,接下来证明系统(.1周期解的渐近稳定性令函数ye(7庇Xir]R),(+;+),nn定义与上述方程相关的算子LK:RxRxR4R如下+:2=-----a11;<a:+a;sdta;fcx,y)4(,y),⑷)y)[(⑷()(⑷)2--d-1-?s免(⑷⑷y(⑷)⑷J/)]---raceo-;!;xr;0^K^)j/Xq⑷^)2/)],2=x-x---CVitxVtt+Vxtl£tktx6txi,,y){,y)(,y)Ei〇[((())()())2---1eEitkty(J〇ty((())()())]----afraceax;rar2y(2:<2,![(⑷)(⑷⑷y)]36 -机糢型的动力学性质研究硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随CVt=Vt----x-Vxx+Vtxl£rlatc/ixl,,yt(,yx,y/Pp〇())()[((p(〇)(())()())-1-tl-at-ct£i())(〇()i()y((Pp())py)]T----tracerxcrtxat{aztxc3(t))Vxxt,y33y,\[{)y()(()())]CVt=V--t--xtxVtx£latxctxVl,t+,PINI(,y)(,y)x(y){(((p()p〇(){))N)) ̄£t\-atx-cNtx{I{pi{)p())p〇()())]T ̄traceatx-tVt-atx-Ctai)xxxi.,)(i){)y^[(4()(y){y{)\一为了证明系统(3.1周期解的渐近稳定性个引理:),先证明一.2.4假设3.183.19成立个函数//e引理3.假设更远的地方存在(,())CAkoo)x!T;R+)使ppa<Ht<b3.20xxx(),),||(\\以及--x<tH3.21CHt,,oct,x,){y))(y)((().〇其中a6是正常量a£/?(〇〇〇R.则系统31周期为;的解在第时刻,;))p个,,⑴([)+(是渐近稳定的.证明由It6公式,amdm**()E^〇HtTt-t=EHTt-TteTt(,()(,〇(〇)))))(〇()[}^a^dT*Hm—Tdm+Eame〇mTm((,))(())J亡0t*+ECHmTm,Tmdm,(,()())fto*- ̄It=EHttrt〇J(〇){〇)()}()))^a^dr*e〇HmIm—Imdm+Ea(m)(}()())ft〇*+ECHrn/mImdrn,(),())){ftof-mdm:()^-Ee0HVtEHttVt+Eami(〇,Vr(〇)(0))());)j[^{t〇xe/t〇Vm—Vmdmj()f())V*+ECHmVmrndm,)i(1f()J())toamdm{) ̄Ee^HtVt-=EHtVt+am0m〇)E((}j()^(〇)](,(/)[to37f 广西师范学院硕士学位论文2017fQ^dTxetH—〇mVmVmdm(/v/,()^7())t+E/CHm,VNim,Vrndm.(()^I())t〇由3.20,3.21可得:()()'Jamdm{)***-P-Pae〇ETtTt<EViTtTt<bETt-T〇,〇i〇\{)()\(()())\()()|,aej/0咖咖尼_Ps叹V<-yWEI/f-f的⑷w⑷|⑷,}()/(0)SIKo)y/(〇)p,amdm{)^-〇EVtVP<-< ̄paetEVt〇VNItVtWi.m(,^\)^()\({)^{))o)^/〇l^()l因此,t1*>*E7\-7仝-TiP0,|〇⑷p知()|-amdm-*P^{)*PEItIt<e^EIt〇-It\()()\a\()(0)\,-Qmdm()-p*-PEVtF<e〇EVriVt〇!〇,\()/(〇|^/|()/()\-^^-V ̄p<o-EmtVteEV/ofo.\()^()\fI^^)^()^*P当a⑷2//⑴可得周期为w的解T⑷,⑷,F/⑷,⑷在第p个时刻是稳定—咖dm)因此由a£Dfoo4=的i.e.lime0可得,,⑷(0,,[)t-^OO*PlimETm-Tm=0||,£-■>〇〇*-P=lE//imfi0,|()()|t-foo-P-limEV7?Vi0|()7(),|t—>〇〇-p=limEViVt0.;|v/()^j{)\I—OO^**因此则周期为w的解r〇,/⑷,V7p个时刻是渐近稳定的.,((〇,⑷在第定理3.2.23.2.132.43如果定理和引理.中的条件都成立系统.1存在周期,()一*尸.为w的唯随机周期解:TV⑷,⑷,/⑷,⑴3—证明由定理.2.1和引理3.2.4系统3.1的解是,()致有界的,且在第尸个一*3时刻具有渐近稳定性则系统.1存在周期为w的唯随机周期解:J,()⑷,V_,^/⑷rW§3.3本章小结本章基于具年龄结构的H-1病毒随机模型通过构建由带概率测度值的周IV,38 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究研宄具年龄结构的H-1期函数组成的空间IV病毒随机模型周期解的存在性问,--题.通过利用相关函数的周期性DG不等式、Fubin定理、局部鞅理论和、B随机分析技巧等相关知识一致有界性一局部最大证明了系统解的P阶、存在唯,一解从而进HIV-1、矩估计步证明了具年龄结构的病毒随机模型周期解的存在,唯一性.39 广西师范学院硕士学位论文2017第四章Lgvy跳跃驱动的具年龄结构的H-1病毒IV随机模型的渐近稳定性§4.1引言_一本节引入非高斯噪声I^vy噪声个带I^vy跳跃的HIV-1,本节研宄的是病毒模型首先证明了全局正解的存在性得到了系统的上下界之后再通过相,,,一31应的条件得到本节的主要结论渐近稳定性.在本节中针对随机模型(.为,),'-过程的相关概念了将Ldv噪声引入基本的LV模型首先介绍I^v.对于Levy,yy过程L⑷i>0它可以分为独立同分布U.d.随机变量的任意数的总和并且,,(),一^*有固定的独立增量.i.i.d.的t子集是稳定分布的LSv和KMntchine给出(),y一了Li特征函数的最般形式:()Qex--nfitiaflLsttanora1f{p{f||[Pg()(^)]},^,_aex-=pi,tj,atl+Lsntlotfora1\{{f\\[0g()(l)g\\]},,其中叫n⑷是符号函数t是虚部这个分布被称为a-稳定分布由以下几个参数,,,确定:稳定性指数%偏度系数久缩放系数cr以及位置参数此外由于无限可,,分的分布类可以很好得被参数化根据L知-JW分解定理32L如过程^⑷也,,y[]y可以被分解为布朗运动啟⑷一个线性漂移和具有不同跳跃大小的独,立中心泊松过程的叠加其表示大小为w的跳跃泊松过程的到达速度强度也(),(),就是=--?-4Lt&taBttdvi12.1++uNniiii(,,,,,())()fY{)一一=这里<ieft>0及个补偿泊松过程TV个i,^,〇)是,是'0〇〇Ao一在+上的Fc上用特征测度A计算的泊松测度.Lev个(,)(〇〇<〇y过程的L_K:分布具有无限可分性并且其特征函数为<给出其公式?^?中tL22vt<=-U--42=exditfe1itu..■Eept+lv<l\dv[]{i\iJY[{]{)}()\\}这里是集G的指示函数,t是虚部,因此Lhy噪声心⑷的分布可以被参数化.由以上讨论可通过置换参数d知CCW引入L鈿y噪声来表示突然的环,,,/,;境扰动也就是,,d=?dl+dLtii,(^)()S〇<5〇(l+72^2(0)1C/^C/(1+73^3(〇),cni〇ni(1+^idLit.{))40 -动力学性质研究硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的-vi因此可以得到以下带以%跳跃的随机Li型:,^dTt=s-dTt-1-Ttdt-TdBtSkV^()()(B^^i^^)(^dl=-kVT-Itt-IdBtt1EE^^t5dat2()(i)0{)2{)()() ̄t^Ndtdv^{),)(,),IY<,4.3(()-dVt=1--aIL-cVtdtaVdBtj(£/l0poji^j)(p)(())(){)^^)^j ̄tdtdv^{^)N{,),JY)———tdVt—(£pilaItCVNiidtaVidB^i^)p〇{NiiNify^)(()){))i^^一"7々出办?4(C⑴,(Jy),)初值===T0=TIt-/V<VVNItVR£S.4.4〇〇f}〇,()N1〇£+,mC()(),(),()4.2渐近稳定性§?一?馬是个带滤子多的完备概率空间且在本节中令㈨,多丨以P,,,(,){山执P-..尸R+全滤子满足常见条件ie有右连续且多〇包含所有的rrnn集).令(,nn==0Ra?Roo+:e狀01i£x,幺Sn如果x其标准形式为,'而>[,){}||一-假设不同状态之间的转换是无关的并且到下个转换的等待时间^/TJUA,是指数分布的令r(,/,Vr,V^/(T)是以下带跳跃的随机微分方程的,()⑴M)解.^dTt=FTdt-TdBt-HTNdtdvtGt)(({)))i^^)(())(,),{fy-dl=FId-GItdBtHItNdtdvttt,,{)((()))(())2{)fy({))()dV=t-dBt-HVtNdtdvtFVdtGVtj()((j()))(j()3((j()(,),))fy)--dtdvdVt=FVtdtGVc/BtHVlN.NImN/4(N1()(,))((〇)())){){{{)JY4-5()nnnnnn-—R这里F:RxR+xS?RG:ExRxS//:RxK+xSxY—R,+,KRxR/:是测度函数.令£xS定义LI如下;+)+,=VTtItVtVtt+T/VtVNttt,,,,,,r,I,)()j()NI()(〇(〇i)()(i)()41 广西师范学院硕士学位论文2017TTxFt,It,Vt,VNt,t+traceGTtItVtVtt()()j{)I{)\{),(),r(),N1(),({)[)xt/tVt.tTt/tVtt(〇,〇GNI,V,(,NI(),,〇,V^,,()()()()(()j-ttvT.tt,/v,vi+HrItVvt(,I,,f)(0()N{{),},NI,Y)(()(0(){{)-VT/i-A办.⑴,⑴,軌?⑴,吨⑴,増,柳,?⑴,()()〇}46.()这里卿,),_,='肌刚^削,,…,',dT■vWr)y)t()Vxx(T(t),I(t),Vj(t),VNI(t),t)2VTdxtItVItVNtt\((),(),(),I),)(二_(^n?T)nydtItVtVNItdTtItVtVt)(),j,,NI{(,()(),{)(()()j(),)接下来给出广义的/M公式:=L\/T/也((,⑴,w,0⑴,⑷0+VxTt-ItVjtVtiGTtItVtVttdB+K,),NI,,,,,tX(()(){())(()()r()NI())/Y{+HTt1-tV^tVttVItVVt1,NI,T(t)tNItNdtdv.(()()),())(,(),j(),(,)},)()4.7()接下来给出模型(3.1跳跃扩散系数的基本假设:)1£Si=1…—假设对任意¥,n>1,,假设7f,w有,i()227iC^V/nl+7ivAdv<Ci<oo./Y{|()(C,)|[()]}()假设2假设存在常量CC>02,3.使p-l+v1-Adv<C7v<〇〇-i(C,))2/Y[()]()以及v-llXdv7n+<C<oo.(^)i^,v/y[i(7()))3](一引理4..2.1令假设1和假设2成立意初始值444.3有唯,对于任(系统全),()局解;ce对任意i0⑴2几乎确定.42 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究证明系统4.3的系数是局部利普希玆连续基于假设1对于4.4中给定的初始(),,()i0r.值在£这里re是爆炸时间需要证明re>ooas.,e为了证明解是全局的,,(),,,因为初始值是正的且有界,通过本文,令sCr(o),/(o),\4(o,v^(o))Sm〇,);^定义停时,r==???mint£0r:T0/0V0V012,.n,f,e(),,/,NI)^,}{[)()(){-=这里in=〇〇通常0是空集很明显m>〇〇时7是递增的令rlim/冷(),>?,〇〇,—m>〇〇===TT?/V则TooTea.S.〇〇则〇〇另0r,如果可以证明〇〇e,外对所有f2,⑴,⑴,}⑷,Ve另外为了完成证明需要证明r=ooa.s..定义Launov函数w#,〇〇yp)=M ̄V,lxS^R+:VT=TP--TPtItVtVNttllnt((,(),j(),I(),〇p()[())+P--lnttlpP()()+V--\tft\pnV{)f{)-+⑴⑷.]令/c>m〇T>0对0f<Tm八r*对Vr,/,V},VW/⑴,■〇使用带跳,fc,s,(⑴⑷⑴跃4.7的/纪公式有(,)-dVT=:T出-7^t£y,咖说)^⑴((),〇(⑴0p(n〇][--Tp-dtdvl+^lnl+^N,,,^p(7ie,/Y[(7i())()))()dVI=CVItdt-P-\dBtpta22t((),〇((),〇[(()){〇{)}-^p ̄p-1+IIlnl+72^,i^N(dt,dv),/yK))p(()))dV=t^-V-dBtt^CVmptla))^){{))3{〇^)m)[f)P-^-V-1+TVlnl+uNdtdv3,p7,,,JyK(C))f/(3(C))]{)vdVV=-Vt-dBtNItCV{VNI{t),〇dtp^aii((),〇[{NI{)){〇()\vP-yV-V-l+7lnl+yNdt,dv.(4,))P(74(C,)){)/)Y[^NINI4-9()这里CVT-T^-1-S---TtdT1££/fcK/{(),〇p(〇)(())[(-P+l-1p-1+7l(U))[(宇⑴W(〇]人(-Adv--^^ll+vXdvP7i^nji{^)){),i(6)(p7())(,)])[-CVIt=IPt-1-1-kT6Ipes^Vj〇)((),〇[(())((43 西师范学院硕士学位论文2017.广21-?-+<t1+7^1)2(〇]/¥[(2(^))-vXdv-v-AP72^2lnl+vdv(,)]()p[y^,))())](),-----=Vt11elI⑷,〇fp(aPocjV!pKi))((pI)()))ia-iv-1++)m/Y[(73(e,)Y---vXdvv!py3^3in+7vAdv()]{)p[7(C.))(3(^)),]()'—-—-=?1l■CVI^vj⑷.e/v〇JCvjV^iC,()p[(V^⑷)((冷⑷)pj)-p-+lcrl+1v)|(〇]/y[(74(^,))--vAdv-vZnlP74(64,+74(v入耐)]()p卜(C))(£,))](4-10()由假设一J49两边2,存在个fcTfe使⑷,⑴,V7⑷,Sk<〇〇,对(.)从T^UTmATl^,取期望得,EVTrArTA-(mk+1mrk1VTTkrk()^(+))(()^())ATk=ECVTsds<fcEAr<Kf^((s),^))Tfc(rmfc)Tkrk+1,EVITATrAT-VIrT((mk+1),^(mk+1))(k,^k{)())mATfc=E£FS心fcET八r<7^Q(,STfc(mfc)+1,j;)扑))心4'U()VTArAr-mfc+1rmkVVrkr{^),^+1/,(k())(()())=ECVVdsKkEATKKf^i^^is^r.^^r.n^^y—iYNli^mATkl)rAVVjsr/TkT^^{m(ifc()^())-ATk=EVVsss<<f;C(m(),^))dkTkE(rmArk)KTkrk+l这表明47=…;12.在每个随机间隔r*Tfc1中成立令A0e>()[,+,,,,]0且是任意的可得到,,EV(T(TmA5),C(rm/\5))<V(T(0),m)+KS,EV(/(rmAS)^(rmAS))<V(/(0),^(0))+^,EV(Vf(TmAS),armA5))<^(^(〇)^(〇))+KS,EVVr^Sr^S<VVN0+KS.(m(m),am))(I(),m)因此44 硕士学位论文-:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究F(T(〇U(0))+阶咖八5U八■?))V(I(0),m)+KS>EV(I(rmA5),^(rmAS))>E[K(/(rm)^(rm))J{rm<5}],VVj0,m+KS>EK(^(rmA5),^(rmA5))(())>EVVrr<^),mJS,a)mii){}]^VW/〇〇+KS>EFV〇v/rA5,rA5(^()m)^(m)())(()>EVVrrJT<5.NIm,m)m[(()a){}]这里JTmSS的指示函数,利用kyrj,有,{巧是、gc)p-VTr/--l八/p--l/nm),《Cm2i1nhi1pni,C))(p)()"p--p--V,TTlln"A/Tlln"((m),£(m))2(p)(p),"p--p--Vrr2/i1in/i八/r1in/(V/(m)乂(m)(p)(p〇,)p ̄——p-—VyTT>h1iAh1in/.Ninh(i((m,^(m)p)p)))(因此KS--^--<+VT00>^1in/iAh1lnhVTm5,,(p{p)(}{}{){))[() 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-硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究^W^UevtCe-CWxipe+ex()[{)}<e^U%x-)W422^.()-"/n1vA^He"K^7i(e^}(+7i^()))-i](]}USesi<^Ses对4.22两瑞录积分取期望得()°liEUTt—limsEL<Hmsu)upn,p(()ifge=<limsupEUItlimsupEnHx,(())rs0lmEt/Vi=lim<Hisup/supEnu(())(^^K=nn11f--)oot^ooet=<liEUVlimsuEH,msunip(NI())p(£K=n11-t^oot^oo注意到e66e6ET<ni:<ni:yt(=1(〇)\mi{))r\m\%um)nueseee<nVtVNt<nVt.jjNI(\\()\(^=1())\)有-0 ̄e<=H6lE.'.<liEnHiimsupAanmsup?(,s)y(_ ̄e ̄eH=<n<nxH8limsuElimsu?ppE(),i^yp(s— ̄—0e<n=9lE<nliHHimsupmsux{),p|^yp 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广西师范学院硕士学位论文2017^M。P为事件esx£>的转移概率){7#),/⑷,⑷},其中事以P“。乂7=件产VeBxD的初始值为TT{⑷,⑴,f⑷,},)(0,<厂⑷〇,°一A===(〇)(/〇,0,Vf(〇)的0,〇,〇的训,,丑是的个Borel测度<?()0M集D是S的一个子集因此,,=rtTBx£>tTdx3(,〇,C,)2JAn,〇,C,y{/}),0£〇jVt/BxD=VtIdxC(,〇,)J:Ja,〇,C,yP,({})3e£>/PtVBxD=V<:dx(,I0,,)EJ^^CyiP}),D0&=tvBxDvdyx.n<NI0>c,)EL^,W/〇,C,{^})定义xS)为xS的所有概率测度,对P〇〇,:PeeP(R!XS定义路径如下:^)dV=xii-xhV2suV〇〇dxiVdxi4.23(i,)p|X)f{,)(,)X;f(,)e(,)\,()Li=l=/£il=---L?<x---<1:xSR:;i.i/>/afyy+?j.{,,|()()\\\|\|/()|}??定义4.2.1如果在%x§上存在概率测度//!(,)使对每个(T0,〇,(〇,,〇““%VxS都有广(,〇,(Wk),C)£屺⑷,⑷,⑷}的转移概率fTc?rxPf;d/x:PiV}><*VP(,0,(,{外(,〇,(,{奶),(,0,C,呢{外),P(,W〇,C,dVkx{/3})随着f—oo弱收敛Tv(dyx{/?})则过程⑷,,r〇7。’的分布是渐近稳定的,c/。,近稳.如果rV{(0,%),^%),的分布渐定,则模型4.3的分布是渐近稳定的.()为了证明4.3分布的渐近稳定性,首先先证明以下几个引理.()-3引理4.2.4令假设1成立对任意紧子集Ze有,,,lT^〇psupEsup7s<oo,Vf>0,[|()|](T〇,〇£ZxS〇<5<t/〇,<psupE[sup|/(5)|]<oo,Vt>0,(/〇£2:xS〇<s<t,〇^^suEsuVrfs<ooVt>0p[p)^,,I]veZxS0<3<tIO/(t〇x424I^EV0p<>supsupsooVf0.,[\m()\]VNxS0<s<t(I0i〇£Z43:证明.可以被重写为()=工+a;s心+而5⑷i〇£/i(i,C,价))邱(5)⑷())</〇、(()425*()+?x"及心办=234(i,,LJoiY⑷办))(,,,,其中50 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究=s-dT-l-£kVTMx^s),,^))((EI)j)x=l-ekV-SI/22S,sEI)jT〇),((e())(()工=l-£l-aI-/3(3Ss({I){())p〇dV^,()乂())p^=--C.tsselaIV4NI),/4,^(p/Pp〇NI(()))(({))工ss=asTs3i(i()乂i^((),())())工5s=crs/.s32(2()义())2((())(),=2:3s^sVs53(3(,3l,)^())^())()工SS=sVsS4(4(),《())^())NI(),hs^=s/ix,^7i(^(,i,i^)),)))u=h2X2ss75^({),24,,,^())(())h^=s/ssr^3,,3),^()73(^(((,)))hxssu=7s^.4(4(),^(),)4(^(),)=?…i^Wer不等式和随机积分的矩不等式/c1,2,使考虑到,存在1E^<4^x^-lwpsu5ip||(())l|^()][z-\uj<s<zu)()p-1dp+4Efi{xis,^(s))s\|/^1w()()p_1^p+4Esu^sssp_5ii().C()i(l/liw())|()z—uj<s<zu1()-1p+4PEsuhssNdsdv.x>^,i)^^()(p-(i())\ILTi)^z—u<<(l)szu4.26()一pZ0.由引理4.2.2存在个正常数p使在〇上E幺Z(p可得,()而⑴||)(||),pEds/扣⑷,办))iIJT二iw)—pwpsus—dT—1kVT<Ep£Ei)i\\(][z-l〇J<S<ZUJ{)ZUf-1P-<2PoP-dT-lekVT;sEIi))(/\(()\£±lii〇,p--l-kVT^PsdTEE^tM,u,+E(()^)){)[f|z—1jc()51 广西师范学院硕士学位论文2017"XPE22ssdsl/-lv/(()^())|(<Esul-kVT-8IppEE^iqK\(\]—2W<SC12J)(SZU> ̄P<2plji-kVT-8Ip\£EIf\()j〇\)+El-eEkVT-8^MPuII〇[f\()m)2()^z—1)uj(d^ssni-1M^(sia))\{7)up-<Ewsup1£-a/-C/Vp/)(l/3[1(p())p〇f|]—<<u{z\ujszj)ZUJ--<l£l3a/-cyf|(P/)(/())p〇//Hw2F+El-£l-0a/-CyP4MPa;|,[/(p/)((())p〇//]3()|)z-Icj()EPxssds,lf7-ih(4()^{))u\,)(p--^<E[wsupep/l/3a/cV|(())p〇^v/w/l]2—(-p<2Pwcpl-?a/-cVpH/|/(/())p〇N/^/|)、,4.27()21(±)^—F+Eel3aI—p^pctVtMPa;.|p/(/())〇a/a/4[/|])()z—wl()由B-D-G不等式有,ZU3ZUJ2EsusWEf7STSrfSf(p^(ais^^C.1eIJlJ|(())()|] ̄Z1U<<-)SZLJ-W)Z1C0Z1(()()p<Cw2aETs=Mpuj2p(,[|()|)5()ZUJZUJ2E(supIJa2(as))I(s)\n<CpE[J^2(e(5))/(5)|d5]i-lu<<U-zJSZJl-()z〇J21;())0(EpP<Cu2aEIs^Mpujlp2(\()\)6()ZUJZj(JE2susVs<CE<75F5^i(pI/^())f()nP[J3^)/|(()()|] ̄<<-Z1)U!SZ0Jz〇JZ-(lICJ()()pP^M<CaEVsu^,(\j()\)7(p)^52 -糢型的动力学性质研究硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机p<-2EsupctVsCEasVs^s2(|/4(C(s))W/()|)P[/|4(^())W/()|] ̄Z1UJ<3<ZUJ-W-W)zlZl()()(<ulaVs^4MulCpp.mNi{)\)&{)\4.28()由K一unita第不等式,pEsuh1{T{s)s),i^)N(ds,dv)\[p|JJv^(}-<<zluszu-{zIuj))(2<DETssi/A(fwc(sfp7i^,(){[7/Y|()(())|()]Z—1)0;(T^pArf+Es^s.^s))]}t7/Yl(hi(()l(z—l■u;()E<Dplj2cz+DpcuZ()!(p)()!(p),Epsuph2(I(s)s^)N(ds,dv)\,^{)][|/JY ̄Z1U<S<ZLJz 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广西师范学院硕士学位论文2017>)注.421:TSx!x51引理(..)保证了解P〇,5x£卩i〇,P⑷Vro,CS⑷C),⑷,C),乃召xD的转移概率族是紧集也就是说对任意e>0在R:,卩<,V,:中存)(/v,o,C),,,J一2在个紧集=2£;1^(,)使VZxS>1—V>txiei0.,(,,,)引理4.2.5令X0上的n维随机过程假设存在正常数%仏m使⑷是〇,"11一—+#EX_Xs幺〇7ts0幺sf<oo.,,|⑷()|||X一个连续性修正X⑴几乎每个样本路径X⑷都是局部的但在指数2<⑷有,=一下是致HJWer连续的.i一引理4.2.64.3的解T0¥sf<〇〇模型()(⑷,作),%⑷,⑷)对每个,有个连续性修正X⑷,几乎每个样本路径f⑷,/⑷,力/⑷都是局部的但在指一der连数2S0,>2下是致i^续的?(穿),p证明用以下整数形式重写X⑷T-=-u--utTssdT1£EkVTudu()()f3[()(i)j()()]+TdBs-TWu^Ndsdv7ie,,f/;^i^^)/;/Y()(())()■/—7=l-efcVur-<5〇血⑷⑷/:[(财)K)㈦办)]Iuu-IuN+(T2^()dB2s)(uy2^)udsdv,,,£(){)(fafY)(()()*"-=--u-VitV>s1e/l冷⑷iCVKudu)p0j{)()上[(p)(())]VudBs-V7uN+^ass)73e(tivdsdv,,,£i^^ifsfY()())()——Vs=aI—Viv/(nip〇uCNiVpfrudu〇()P())(){)]*+VW?^?rf5-u/44sVNIu4uNdsdv.Is()(^())()/s/y()j(^),)(,)4.30()由Kunta第二不等式以及Jensen不等式i>0使i存在C,(p,),EsnTt-Ts^(V{\{){)\))s<u<t<2^CE-dT--Wtxsu1STudu(p,)B^{[j|/;[()(^i^]422-E^I-uuduETuuI/Advfdul7i\)7!,[/a()())[(/sJY|()())|())]-Eruw"PA办dulCiyl()(咖),)I()]},■Esup-々((|則)p))s<u<t,54 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究1<2^CxEl-SEkVT-SIudu(p,〇{oi[lJX^^^W]422--E?^f-EIuuuXdv2du/2^,))][/sKM72(^())|]K/^/Y\()(())\(pXdu7uuudv72^),),I\{yI()()]}Esu(p9<U<t ̄<2PlCtxE1--I-Vduelacup,)(Ppjj^({[|/;[pI)(())〇i}22-Eyu7du?-EVn^A^i>3^)|/()3(eW)|(|()7(a)|())H[/;][/s7Y4-pXdvduEvuu^>\i(^{,\()}}[/sIyh3())EsupVW⑷-KwS((|()n)s<u<t ̄1p<2pCtxEel-aI-VduP{)〇cNJNI{p,){[|J^[Pi{)p}\]22-Eyn?duf-EVmu^\dvUuw744l()74(^):)\())}))|][([/;|()((/;fYpvNiu(u,v\{dv)du.Iy\{hA{())\}}4.31()由(4.274.284.29有,),(),)(pEsuT-TsS+((p(丨⑴)|))8<U<t-+Dt-slcz+DCntsZp()}{p)(p))(p)}() ̄1p-2=2CtsM(u,p,)()(p) ̄P1--EuIt-Isp<2CutsM2p+tslM6s(p,){(y()(){p)(p(\()()\))s<u<t_一-+Dt-slcz+DtsZ()(p)c()(p)(p)()!pf} ̄1=p—22CutsMp(p,)()(),-2PP1-p-2EZ一<2CisM+tsMsu(\hs,u)3p)7(p)f)|(p{()()((p|⑷())S<U<t__t-S^C+Dpt-sZ+D(p(()ch)(p)}))U{P)p 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广西师范学院硕士学位论文2017P-1=2Ct-s2{uM(p.p,)())432()这里M=t-sfM+A/+Dcz+Dt-ipp(pcs<oo{){)i(p)5()(pf(p)j}{,)))=t-^-pMpsM2p+M6+DCZDcts<oo{p){jp(pf,{){){))ip)+()()=-^MZ-pMtsM3+r+DC+DCts<oo{p)(p(p)p^p{p,){)()())i()=t—^Z—rM{psMi+M8{p)+DC+DCts<oo.)()(p){p)i{p)(p)^()4一由引理.2.2有模型4.3的解rf/〇幺M<oo有()()((),⑷,Vr⑴,⑷)对每个个连续性修正X⑷几乎每个样本路径f⑷/,,(〇,0⑴,仏/⑷都是局部的但在指2一数£0>2下是致丑^der连续的?(,2p引理4.2.7假设TV0〇〇上定义的非负函数使(⑷⑷,/⑷,⑷,),)是在[T/0—得VrVW〇〇致连续并且(⑴,⑷,⑷,/⑷)在[,)===—limT(t)0limlit0limVAt0limVi0,),),Jv/()—-—-tHDOt¥00t¥QOt^OO-定理4.2.1令假设13成立对任意ee模型3.4的解在度量为定,〇q,〇()?.d>义如4.234的空间卩(WxS内,其解的转移概率Pi〇:〇,,x0具有()){(,C)}柯西性.=x£R=R-证明令為:其中只是足够大》fl仝㈣幺H!:,{Tp},J.的正数是足够小的正数.由引理42.4我们‘道模型4.3的解的转移概率族,p()()是紧的也就是对任意e>0有,c<>r{t,x,C,ZRxS)e〇,\/t0.(4.33)Plex0一S任意e>个^使对(韌,0,(妁,W句,对存在,H/GLA(.34^、J0乂Wsu<e,25.p阳/(#⑷々W)|,/GLE°snpf(Vt,<^>S.\^rH)m)\/£L对于C,?7eS,定义停时==inf0435t〇:..<T{}())灸⑷心⑴56 -硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究接下来证明对任意ei>0r〇'T'suET^-T〇<ip/(H+st+s,i<eyt>5,s>0,y/^(l|)^())(()))|L/IsE/〇iCf-I〇xttV<>i+ss<eSs>0up,+,,,,|/(()^())f{()^())i\°'^EV-Vt0sufHt+s),^(t+s),<>S,s>,p\(p)f(p()^mI〇X〇,<->0suEVt++s<cyt>S.s.p\f(^())/(<r(0^c(0)llL4.36()。对任意eL〇产exS由条件期望的性>,以及/,m'"气%,质有,T〇T〇ETtt-Ttf(H+s+^,U))f(H),m)\\)(T〇T〇=EET-ft+st+^smTHt,(H,})um\[()^m<ET^Tx-tsz/nf(,m)n,〇X,d〇{})IE/R+()=11W-^Sf:HE/Cr⑴,6⑴)E,(7⑷々⑴)|+=/i—<TcxVTdzx2s<ZxS(s,〇X,〇{〇)V(,0,:,R)p:k+ETW-etPsT心x⑴,,,⑴,,6(0)⑷々⑴)|(〇C。£心|/(/C{P'R=ii+s-))i。-W=EE/作sf+s見E/J/+)))丨](⑴々w)||[((Uc(lz〇-<i'ittndzxm()^i())s,iQ,c,0{})\EiRl^^-/<E/E//.,,ELr.|/((〇^(0)(()(c(〇)|+=(1_xPs/dzX/<2Ps/ZX§(,〇,C,〇{})(,〇,C,%n)-7〇X+E/,^5,/,,dz〇x/,E/〇6(0)/((0ec(0)l(〇C{})zfl。’“E/V%s-+sU#+/<⑷々⑷)l|(^))(。“’=EEVS—E+t+s/(Vf⑷々⑴式])||[C/(f%)々()))丨+=/1^<vt-ziRnm/(,m))+_cxPVx/<2V(s!/ZXSsI0dz,/〇,C,)(,,〇)P,C{}Rt57 广西师范学院硕士学位论文2017w+E-PS心x,,副),?,C,。f4|/(K(〇⑴々⑴)|({〇)RP'=11-+st+s),^())-<°x=EEf+St+S^-Evtsi(/((,^()))i]f((),m)\[<7)^,c<Ev-tsvdzxE^,NIO,,.,m)nc〇〇)/(<rwiie/rf(z\){^w)+<eik<cxVsVdzxl2VsVZxSNI0,((,,C,〇{})(Nr〇,,pR)<’C—><+E/EV心,.,,v,,,/)冲/,。C。{})S心I(以⑷奶))(<r⑷沾)丨pR=/i4.37()将4.33代入4.37有()()T〇T^Et+st?-Tteyt>Ts0+<>,,,,,\f(TH)^())f(()m)\EI^tst-et>T++s<ys>0,,,\f(()^())^EfVls-et>TS0++<>y),lipi))Vt 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-硕士学位论文:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究对任意(r〇,〇,(/〇,0,(W〇,〇,(%,〇,C)exseRix§,?dtT■-?limhV(,〇x,ux(,C,){))t-^OO?■*??-<l?*/^0x3xim01xx1,,+,,〇,,),()),)))]t—^oo■?-?ld/xi/ximLVt((,〇,C,),())t—^oo?.....?./1^’/SlimdLPL01xix+dP0,x,7,〇,x,((,,),())L((h,)())][t—?)〇〇??-?limtVxi/xdLP,,,,((/oC)())-t^oo-■<---〇-x\imdLV(t0lxX+4(^(il,)),,,,),H,,][())t—oo**^*lixxmV,,>/v/oC(0))t—?〇〇'***?<**txVx?lim^^01x^x+d01,5,Vi.,nioC))^(,,,)())hi,][(—t^oo4.39()因此,?-u-?=ltTxx0imdV,,h{,〇,C,)())(t—^OO-'=tx〇limdhVJ〇Xrx>K0)'({)t—¥0O-'?x=〇liVtVx^.mdh,I0,C.440({,)>(0)()t-¥00?=??-0ldtVxux.imhVNI〇,,({,C,)())-t^oo一4.40证明了对任意T/个度量概念,,注意到概率测度的弱收敛是,,(q0,()(o0s|」2〇-,,,£R5.4解的转移概率{7^,几乂,)},{厂(以。,(,(h〇〇(W/o0y,()??../?PtKxx:(0x:tP之弱收敛于概:O〇:之0,M,),/0,C,)w/0,C)}},{(}{(.率测度x.证明完毕.)4.3本章小结§将yvy过程引入本文模型时,主要关注的是传染病长期动力学行为的统计特征将会发生什么变化?本章的工作旨在找到足够的条件来获得,对于模?型4.3由L知噪声扰动其概率密度函数是渐近稳定的本章首先证明了全局(y,)/Q’C^°’(//.正解的存在性./得到了系统的上下界,(),,通过证明过程()以,以以。的分的分布是渐近稳定的?如果产厂^广⑴丨{⑴,⑴,⑴,⑴).布渐近稳定(4.3)的分布是渐近稳定的,得到模型59' 广西师萆学院硕士学位论文2017结论与展望鉴于在现实生活中各种随机因素都会造成生物的确定性模型对动力系统所作的描述和预测准确性差强人意本文首先对确定性HIV-1病毒模型引入布朗运,-H-动作为随机干扰项来描述IV1病毒随机模型得到HIV1病毒随机模型解的存,一一在唯性与随机最终有界性以及HIV-1病毒随机模型周期解的存在唯性然,后再引入非髙斯噪声_L&噪声作为干扰项证明L ̄跃驱动的具年龄结构y,y跳的HIV-1病毒随机模型全局正解的夸在性得到了系统的上下界之后在通过相,,一应的条件得到本章的主要结论渐近稳定性.一第章详细介绍了概率论与生物数学的发展历史HIV-1病毒的相关背景与,研宄意义以及本文所要用到的一些预备知识同时介绍了本学位论文研宄的主,要内容及框架结构.第二章主要研宄由常微分方程和偏微分方程构建成具年龄结构的HIV-1病L-毒随机模型的渐近行为.首先通过巧妙构造yapunov函数利用李雅普诺夫拉,塞尔渐近稳定性定理、鞅不等式和随机分析技巧等相关理论,研宄具年龄结构一的HIV-1病毒随机模型解的存在唯性、随机最终有界性和全局渐近稳定性.HIV-1第三章主要研宄具年龄结构的病毒随机模型周期解的存在性问题.通B-D-G不等式过利用相关函数的周期性、、Pubin定理、局部鞅理论和随机分析一一局部最大解技巧等相关知识证明了系统解的致有界性、存在唯、矩估,p阶一一计HIV-1从而进步证明了具年龄结构的病毒随机模型周期解的存在唯性.,第四章主要研宄L^vy过程驱动的具年龄结构的HIV-1病毒随机模型的渐近稳定性行为.通过利用非高斯理论、广义伊藤公式、Kunita不等式、转移概率性质一、概率测度和随机分析技巧等相关知识证明了系统存在唯全局解、解,一一的p阶有界性、、解的致连续解的转移概率的柯西性从而进步证明,了具年龄结构的HIV-1病毒随机模型的渐近稳定性.希望能对以下几方面内容有所研宄:1研宂由常微分方程与偏微分方程构()建的随机微分方程的周期解的相关性质2研究其他非高斯噪声干扰下的随机;()微分方程模型的渐近稳定性等性质3研宄随机微分方程的参数估计或贝叶斯;()估计等统计特性问题.60 硕士学位论文-:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的动力学性质研究参考文献1FauciA.HIVandAIDS:20earsofscienceNatureMedicine.2003[]y^,,]-97:839843.()[2]闵乐泉孙起麟.HIV模型动力学分析及抗HIV感染治疗仿真J鞍,,[]-山:生物数学学报.2015301:154160.,()3RLZlA-onenereson.MathematicalanaFPlsisofaestructured[]g,g,yg-HIVldnamicswithcombinationantiretroviraltheraJSIAM?ypy,Jour[]nalonAlithet-ppedMamaics.2007673:731756.,()4NelsonPGilchristMCoombsDetal.AnaestructuredmodelofHIV,,[],g-infectionthatallowsforvariationsitheroducttfvltinpionraeoiraparclesandthedeathrateofroductivelinfectedccllsJMthtilpy,aemaca[]-BiosciencesandEnineer.:ging20041226788.,()L-5GanHXan.Launovfunctionsandlobalstabilitforaeg,iypgyg[]structuredHIVinfectionModelJIndustrialandAliedMathematics.],pp[2012721-:2538.,()6PlANlP-namic?eresoneson.MathematicalanalsisofHIV1dsinvi[],yyIAMRi-voSevew.1999411344.^:],,()W-7ZouLRuanSZhan.Anaestructuredmodelforthetransmission,[],ggdnamihtitisJIAMJrna.csofeaSoulonAliedMathematics2010,yp,[]pp-7078.:31213139(/)8AndersonRM.Mathematicalandstatisticalstudiesoftheepidemiolo[]gyfHIVJAID-oS.198936:333346.([],,)9DSPlA-CallawaeresonS.HIV1infectionandlowsteadstateviral[]y,y-lsjBullt.oadeinofMathematicalBiolo.2002641:2964,()f],gy-fere10CulshawRVRuanSG.AdeladifntialeuationmodelofHIV,yq[]ftf+T—lthtlinecionCD4celJemaicaB.2000osMaioscienccs1651:,,()[]-2739.11sWebb--CulhawRVRuanSGG.Amathematicalmodelofcelltocell,[],sreadofHIV-1thatltdelJJournalofMathematlpincudesaimeayica,[]-Biolo:gy.2003465425444.,()[12]DumrongpokaphanT,LenburyY,OuncharoenR,ctal.Anintracellularl-dflt?deailftheHIfectioiconyiferentiaequaonmodeoVinnandmmunetrolJMathematicalModellingofNaturalPhenomena:Epidemiology.[],-112200821:84.,()61 广西师范学院硕士学位论文201713HerzAVMBonhoeferSAndersonRMetal.Viraldnamicsin,,,y[]vivo:limitationsonestimatesofintracellulardelayandvirusdecayJ[],ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAm-erica.19969314:72477251.,)(-14KaiwaraTSasakiT.Anoteonthestabilitanalsisofathoenj,pg[]yyimmuneinteractiondnamicsJDscreteandContinuousDnamicalyi,yf]--SystemsSeriesB.2005513:247267.,()KatPRuanSGD-15ri.namicsofhumanTcelllmhotroicvirusI],yypp[HTLV^—IinfectionofCDATcells3ComtesRendusBioloies.2004()}pg,[]11-327:10091016.()[16]LeenheerPD,SmithHL.Virusdynamics:aglobalanalysis[J],Siam-JournalonAppliedMathematics.2003634:13131327.,()Non?17LiuWM.linearoscillationsinmodelsofimmuneresponsestoerp[]-sistentvirusesJTheoreticalPoulationBiolo.1997523:224230.[],pgy,()[18]马知恩,周义仓,王稳地等.传染病动力学的数学建模与研宄[M],北京:.科学出版社.200419NelsonPW,PerelsonAS.Mathematicalanalsisofdeladifferential[]yyeilsofHIV-1infectionJMathematilBioscienuatonmodecaces.2002q,,[]11-79:7394.()丨20]黄志远.随机分析学基础(第二版)[M],北京:科学出版社.2001.丨21丨王克.随机生物数学模型丨M],北京:科学出版社.2010.22PlNlPW—eresonASeson.MathematicalanalsisofHIV1dnamics,[]yy-inivoJIAMReview:.vS.1999411344,,[]()Tat?23WangXoY.Launovfuncionandlobalroertiesofvirusd,ypgppy[]-namicswithCTLimmuneresponseJInternationalJournalofBiomath[],mat-eis.2008104:443448.,()[24]PerelsonAS,KirschnerDE,DeBoerR.DynamicsofHIVinfectionof+—TllMathematicalBiosciences-CDAcesJ.1993114181125.:,,[]()25NowakMABanhamCRS..Poulationdnamicsofimmuneresonses,gpyp[]toersistentvirusesJProceedinsoftheNationalAcademofScience.p,gy[]19968513509-:3549.,()26L?iuWM.Nonlinearoscillationsinmodelsofimmuneresponsestoerp[]-sistentvirusesJTheoreticalPopulationBiolo.1997523:224230.,gy,[]()27ZhuYm-m?CinG.OnhbridcoetitiveLotkaVolterraecosstesJNon[],ypy[],-na-linearAlysisRealWorldApplications.20097112:13701379.,()62 硕士学位论文-的动力学性质研究:具年龄结构的HIV1病毒随机模型-XuD-28XZ.FurtherrestsonexnceWanYanulisteunienessfors,g,gqu[]ttift-MathochascuncionaldifferentialetionJSc.quaienceChinaematics,[]2013566-:11691180.,()29XuDLiBLonSTenL.Momentestimateandexistenceforsolutions,,[],ggofstochasticfunctionaldifferentialequationJ,NonlinearAnalysis.2014,[]-1084:128143.()30VolterraV.Theexistenceofgloballystableequilibriaofecosystemsof[]theeneralizedVolterrateJJournalofMathematicalBiolo.1980gyp,gy,[]0-14:401415.()31KhintchineAYL6vP.SurlesloistablesJComptesRendusde,y,[][]-TAcad^mdes-I-thtieSciencesSerM.2:iesaemaics1936202374376.,()32BaoJHYuanCG.StochasticoulationdynamicsdrivenbyL6vy,pp[]iJJoulfMathet.1nosernaoicalAnalsisandAlications202391maypp,[],2-():363375.63 广西师范学院硕士学位论文2017攻读硕士期间主要研究成果1-徐雪涵黄在堂曾林.HIV1模型的稳定,江婷具有年龄结构的艾滋病丨丨,,-性分析J.广西师范学院学报:自然科学版20163324347.:,,丨]()江婷II-黄在堂徐雪涵:具有Holli类功能性反应的食馆捕食间曾林,,,g第2013者随机模型的参数估计间.广西师范学院学报:自然科学版333:,,()15-24.64 硕士学位论文-动:具年龄结构的HIV1病毒随机模型的力学性质研究致谢本论文是在我的导师黄在堂副教授的悉心指导之下完成的.回首三年的学习生涯.,感恩于我的母校以及各位师长、同学的帮助与支持首先我要特别感谢我的导师黄在堂副教授.在我整个硕士学习生涯中,黄,老师以其治学严谨的态度渊博的学识精益求精的品格在学习上和生活中给予,,我深远的教育.在学术上黄老师传授给我更端正的研究态度,让我明白学术研,平易近人的人格魅力究的庄严与乐趣.在生活中黄老师诲人不倦的高尚师德,,让我在异乡的求学之路充满温暖与感动.导师在学习上、生活中、精神上都给予我极大的帮助与鼓励本论文从选题到完成一,几易其稿,每步都是在导师的,精心指导下完成的我深深体会到导师对待学生如子女般的关怀与责任,在此特,向我的导师黄在堂副教授致以最真挚的敬意和最衷心的感谢!香教授其次我要感谢韦程东教授,刘合李永明教授,徐庆娟副教授,陆莎,,副教授以及数学与统计科学学院的所有老师们感谢他们严格,无私,高质量的,教导才有我今天在专业知识以及能力上的提升?同时我还要感谢我的师姐江,、婷、张卿卿舍友杨燕谢晓庆、陈燕璇和刘广会、李进,同门曾林,师妹林怡,立一习生活中增添许、王茸等概率论与数理统计的同学们,感谢他们给我的学多快乐和光彩使我顺利地完成研宄生学习生活.,们给予我最后特别感谢我的父母多年以来对我的养育之恩和无私的奉献,他最坚实的支持与毫无保留的关爱在此深深的感谢他们!,65

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