Spreading processes on complex networks: theory, simulations and applications

• Autor(a) principal: Costa, Guilherme Henrique da Silva
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: https://locus.ufv.br//handle/123456789/31092; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.508
• topic: Física estatística; Espalhamento (Física); Epidemiologia - Métodos estatísticos; Física Estatística e Termodinâmica

A utilização de redes complexas como substrato para o estudo de processos dinâmi- cos é uma área interdiscplinar rica e com aplicações em diversos problemas reais. Em particular, o estudo de processos de espalhamento encontra nesse ferramental a base para diversos modelos em biologia, física e sociologia. Nesta tese, desenvolvemos tanto estudos em aspectos fundamentais e teóricos, os quais possuem conexões com a mecânica estatística de não equilíbrio, quanto aplicações mais diretas e práticas para o estudo de doenças infecciosas reais. Desenvolvemos um método de simulação quasi- estacionário, uma das formas de se analisar sistemas com estados absorventes, com o objetivo de agregar o melhor de métodos já existentes: simplicidade computacional com precisão na caracterização de transições localizadas. Após extensas simulações do modelo suscetível-infectado-suscetível, pudemos validar o método. Além disso, desenvolvemos uma teoria de campo médio heterogênea para o processo de contato simbiótico com duas espécies. Integrações numéricas sugerem a existência de uma região de biestabilidade que varia com a heterogeneidade da rede além de relações de tamanho finito não triviais. Simulações computacionais em redes complexas val- idaram a teoria e complementaram os resultados. Por fim, desenvolvemos trabalhos com aplicações para a progação da COVID-19. Próximo ao início da pandemia, con- struímos um modelo epidêmico compartimental com metapopulações e orientado por dados para investigar como se daria o espalhamento do Sars-Cov-2 no Brasil à nível de municípios. Pudemos comparar diversos cenários de mitigação e verificar a dessincronização dos surtos epidêmicos no Brasil, resultado confirmado a posteriori. Além disso, desenvolvemos um método para estimar a subnotificação de casos de COVID-19 documentados em diferentes localidades do Brasil a partir de um modelo compartimental. Essas contribuições mostram as vastas aplicações do ferramental de processos dinâmicos em redes complexas, além da importância para situações reais. Palavras-chave: Processos dinâmicos. Epidemiologica teórica. Redes complexas.