The Stiffness Phenomena for the Epidemiological SIR Model: a Numerical Approach
Palabras clave:
Stiffness, SIR model, Numerical MethodsResumen
Mathematical models are among the most successful strategies for predicting the dynamics of a disease spreading in a population. Among them, the so-called compartmental models, where the total population is proportionally divided into compartments, are widely used. The SIR model (Susceptible-Infected-Recovered) is one of them, where the dynamics between the compartments follows a system of nonlinear differential equations. As a result of the non-linearity of the SIR dynamics, it has no analytical solution. Therefore, some numerical methods must be used to obtain an approximate solution. In this contribution, we present simulated scenarios for the SIR model showing its stiffness, a phenomenon that implies the necessity of a small step size choice in the numerical approximation. The numerical results, in particular, show that the stiffness phenomenon increases with higher transmission rates and lower birth and mortality rates . We compare the numerical solutions and errors for the SIR model using explicit Euler, Runge Kutta, and the semi-implicit Rosenbrock methods and analyze the numerical implications of the stiffness on them. As a result, we conclude that any accurate numerical solution of the SIR model will depend on an appropriately chosen numerical method and the time step, in terms of the values of the parameters.
Descargas
Descargas
Publicado
Número
Sección
Licencia
Aviso de derechos de autor/a
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
- Los autores conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la Creative Commons Attribution-Non-Commercial-Share-Alike 4.0 International, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
- Los autores pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores a compartir su trabajo en línea (por ejemplo: en repositorios institucionales o páginas web personales) antes y durante el proceso de envío del manuscrito, ya que puede conducir a intercambios productivos, a una mayor y más rápida citación del trabajo publicado.
Descargo de Responsabilidad
LAJC en ningún caso será responsable de cualquier reclamo directo, indirecto, incidental, punitivo o consecuente de infracción de derechos de autor relacionado con artículos que han sido presentados para evaluación o publicados en cualquier número de esta revista. Más Información en nuestro Aviso de Descargo de Responsabilidad.