导语


弱连接通过连接交互较少的元素获取独特的信息和利益，是网络传播中的重要渠道，在理解和管理社会、生物以及流行病现象中具有重要意义。然而，在城市内部的移动场景中，连边特性不仅受空间距离的约束，还受到社会经济结构、城市规划和政策调控等多重因素的共同影响，从而涌现出更加复杂的群体行为。通过分析移动网络中的连边特性，重新评估连边长度与强度之间的耦合关系，深入挖掘人口流动的空间异质性，不仅能够揭示人类社会发展的不均衡性，还能优化资源配置，并为应对未来疾病传播提供科学依据。这一过程将有助于推动公共卫生防控的智能化发展，并显著提升城市治理能力的精准化水平。


研究领域：流行病传播，流行病动力学，移动网络，反应扩散传播模型，弱连接理论，长程强边

牟建红、谭索怡、张娟娟 | 作者



论文题目：
Strong long ties facilitate epidemic containment on mobility networks
论文地址：
https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae515




人口移动的空间异质性




该研究将上海市划分为7355个1km×1km的地理网格，并基于540万用户2022年2月至5月的移动定位数据，提取了网格之间每日的人群流动信息。通过识别距离-流量维度的异常点，挖掘城市内部距离相近但流量显著差异的关键群体移动行为（长程强边），分析其空间异质性及相应网格之间的传播相似性。研究结果表明，与距离最短、距离最长以及流量最大的出行模式相比，此类出行行为表现出较低的空间自相关性，即涉及的网格呈随机分布，且未形成显著聚类（图1）。该出行模式仅覆盖了23.68%的大流量出行、9.41%的短程出行和0.19%的长程出行，揭示了大量非常见出行模式的空间分布特征。此外，该出行模式能够捕捉到流量最大的出行模式中疾病首次到达时间小于7天的71.77%的网格对，有效解释了疾病传播中期出现的多中心爆发现象，揭示了此类关键出行在疾病传播过程中的重要意义。

图1. 不同阶段上海市的人群移动空间特征。（A）不同阶段人口移动网络，（B）2022年3月人群移动行为的距离和流量关系，以及不同类型移动行为的识别，（C）2022年3月不同人群移动行为的空间自相关性。





长程强边助力城市内群体行为管控




该研究以城市内部群体性疾病传播行为为例，论证长程强边为城市治理能力带来的效益。具体地，结合疾病在网格内的传播过程与网格之间的扩散过程，构建了基于人口移动的城市内部疾病传播模型。在此基础上，针对无症状感染者对疾病传播的显著促进作用，提出了区域联合控制措施，通过提前识别并控制潜在感染源所在网格的方式，加速疾病的遏制。除了基于距离或流量的传统控制措施外，研究还引入基于感染压力的控制策略，并设置不考虑区域联合的控制措施作为对照实验组，从多个角度验证了长程强边在疾病控制中的关键作用。研究结果表明，长程强边对疾病演化模式具有重要的指示作用，使得区域联合控制措施能够更早识别潜在的疾病传播源，有效阻断分散多爆发源的形成。与其他出行类型相比，长程强边的控制措施能够将累计感染病例平均减少17.1%（图2），进一步凸显了其在群体行为管控中的重要价值。

图2. 不同控制措施下疾病传播演化。（A）区域联合控制流程，（B）反应-扩散疾病传播模型，（C）不同控制措施下累计病例数及受影响的网格（G）、出行轨迹（E）和常住人口（P），（D）不同控制措施下疾病传播空间分布。





区域联合管控措施的有效性




区域联合管控措施首先对病例数超过阈值的网格实施主动隔离，然后对通过特定出行方式连接的相关网格实施被动隔离。在该隔离策略下，多个主动隔离网格可能指向同一个网格进行被动隔离，因此，空间自相关性较低的强长程出行能够识别更多分散的被动隔离网格，从而提升隔离措施的覆盖范围和效果。

图3. 区域联合控制的有效性。（A）不同措施下被动隔离以及病例数超过阈值的被动隔离网格数量，（B）被动隔离以及病例数超过阈值的被动隔离网格的空间分布，（C）不同措施下被动隔离网格内的病例数。





长程强边促使宽松控制条件下

实现更有效的群体行为管控




该研究选取不同类型的网格作为单一感染源，并设置不同的网格隔离标准，评估在区域联合控制策略下长程强边对疾病传播控制的稳定性。研究结果表明，当隔离标准较为宽松时，通过隔离长程强边涉及的网格，对疾病的控制效果在一定程度上优于隔离标准较为严格时采取的其他控制措施。这表明，长程强边在区域联合控制策略中具有较高的适应性和稳定性，能够在更宽松的隔离条件下实现更有效的疾病传播遏制。

图4. 不同因素对疾病传播控制的作用。（A）强长程出行的识别基准、不同类型出行模式以及网格隔离标准对疾病扩散的遏制效果，（B）不同单感染源和不同初始病例对疾病传播的影响，（C）不同网格隔离标准对疾病遏制效果对比，（D）宽松的隔离条件下实现有效的疾病传播遏制。


注：国防科技大学博士牟建红、讲师谭索怡以及复旦大学青年研究员张娟娟为论文共同第一作者，国防科技大学吕欣教授和复旦大学余宏杰教授为论文共同通讯作者。


计算社会科学读书会第二季


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详情请见：数据与计算前沿方法整合：计算社会科学读书会第二季启动



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详情请见：
城市科学读书会启动：AI与因果交织的城市复杂系统

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