Überleben Einer Zombie-Apokalypse: Machen Sie Einfach Die Mathematik

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Semi-ernste wissenschaft befasst sich mit den zombies von "world war z" und einer zombie-pandemie und enthüllt reale lektionen über die verbreitung von infektionskrankheiten.

Diese Gleichung könnte Ihr Schicksal buchstabieren: (bN) (S / N) Z = bSZ. Das heißt, wenn Sie sich jemals inmitten einer Zombie-Pandemie befunden haben.

Das liegt daran, dass die Berechnung die Übertragungsrate von Zombies beschreibt, von einem schreitenden Individuum bis zu vielen, laut seinen Schöpfern Robert J. Smith?, Einem Mathematikprofessor an der Universität von Ottawa, der seinen Namen mit einem "?" am Ende und seine Schüler. Smiths Arbeit hat andere Forscher dazu inspiriert, mathematische Zombie-Modelle zu entwickeln, die zusammen mit Smiths Arbeit in dem kommenden Buch "Mathematical Modeling of Zombies" (University of Ottawa Press, 2014) veröffentlicht werden.

Smiths Studie ist zwar augenzwinkernd, aber es zeigt, warum Zombies die Viren der Monsterwelt sind. Ihre Ähnlichkeit mit Viren macht die Kreaturen zu idealen Subjekten für theoretische epidemiologische Analysen, mit denen die Phantasie der Öffentlichkeit erfasst und wissenschaftliche Grundlagen erforscht werden können, so Smith. [Zombie-Fakten: Real und Imagined (Infografik)]

In Bezug auf eine Zombie-Apokalypse zeigt Smiths Modell, dass sich eine Zombie-Infektion schnell ausbreiten würde (wobei N die Gesamtbevölkerung darstellt, S die Anzahl der anfälligen Personen, Z die Zombies und die Wahrscheinlichkeit der Übertragung). Es zeigt auch, dass Zombies die Welt erobern würden - es gibt keine Chance für ein "stabiles Gleichgewicht", in dem Menschen mit den Untoten koexistieren oder die Krankheit ausrotten könnten.

Nur koordinierte Angriffe auf die Zombies würden die Menschheit retten, zeigt das Modell.

Epidemiologie und "WWZ"

Smiths Modelle von Seuchen spielen eine herausragende Rolle in der Epidemiologie.

"Im Gegensatz zu den meisten beliebten Monstern sind Zombies von Natur aus biologischer Natur", sagte Mat Mogk, Gründer der Zombie Research Society. "Sie fliegen nicht oder leben nicht ewig, also können Sie biologische Modelle aus der realen Welt anwenden."

Zombies sind wandelnde Darstellungen einer Ansteckung, weil sie fleischfressende Monster darstellen, die ihre Beschwerden verbreiten, indem sie an den Gesunden nagen. Einige Zombie-Filme der letzten Zeit, insbesondere "28 Days Later" und "Zombieland", stellen den Zombieismus sogar explizit als Virus dar.

"Ein Zombie ist ein bisschen, als würde man einem Virus Beine und Zähne geben", sagte Ian MacKay, ein Virologe am Australian Infectious Diseases Research Center der University of Queensland, der über "World War Z" bloggte. "Dies ist im Grunde ein Virus, das einen Host übernimmt und sich sehr schnell und effizient ausbreitet.... Es ist ein extremes Virusübertragungsereignis, wenn Sie möchten."

In "World War Z" spielt Brad Pitt einen US-amerikanischen Inspektor, der den Globus nach dem Ursprung des Zombie-Ausbruchs durchsucht und parallel zu den Quests vieler Virenjäger aus dem echten Leben geht, sagte Mackay. "Der Versuch, den Indexfall oder den Fall Null zu finden, hat durchaus Ähnlichkeit mit der herkömmlichen Epidemiologie", sagte Mackay. Der Film basiert (etwas locker) auf dem gleichnamigen Roman von Max Brooks, der beispiellose, naturgetreue Details zu den politischen, medizinischen und soziologischen Auswirkungen eines Zombie-Ausbruchs enthielt College-Leseliste. [Ausbruch! Die 5 wahrscheinlichsten Ansteckungen aus dem wirklichen Leben]

Mathe greift die Horden an

Smiths Analyse von Zombies fügt der traditionellen Modellierung von Krankheiten ein paar neue Falten hinzu: Tote Personen können als Zombies wiederbelebt werden, und Menschen werden die Infizierten angreifen. "Normalerweise sind die Toten keine dynamischen Variablen", sagte Smith. "Und die Leute versuchen nicht, die Leute zu töten, die eine Infektion haben."

Diese Elemente - Infektionen und Angriffe auf Zombies - machten das Modell komplizierter, da sie zwei nichtlineare oder nicht konstant wechselnde Faktoren einführten, sagte Smith, der Ausbrüche von HIV, Malaria und des West-Nil-Virus modelliert hat. Die meisten Krankheitsmodelle enthalten nur ein nichtlineares Element: Übertragung von Krankheiten. Mit zwei nichtlinearen Faktoren ist die Zombie-Mathematik extrem empfindlich gegenüber kleinen Änderungen der Parameter, sagte Smith.

Der wichtigste Parameter war jedoch die Infektiosität der Zombie-Krankheit. In Zombie-Filmen verbreitet sich das Leiden schnell, sagte Mackay. In "World War Z" zum Beispiel zählt Pitts Figur die Sekunden vom Biss bis zur Zombifizierung, wohingegen die meisten Infektionen Tage, Monate oder sogar Jahre im Fall von HIV brauchen, um sich zu manifestieren.

Aufgrund dieser hohen Infektiosität ist die Zombie-Epidemie nach Smiths Modell in den meisten Fällen nicht mehr aufzuhalten. "Weil es nur einen Zombie braucht, um eine Stadt zu überholen", könnten weder Quarantäne noch ein langsameres Fortschreiten der Krankheit die Zombie-Apokalypse aufhalten - nur verzögern, sagte Smith. Nur häufige, immer effektivere Angriffe gegen die verwandelten Brüder der Menschheit würden einen echten Zombiekrieg gewinnen, sagte er. [Ende der Welt? Top 10 Weltuntergangsängste]

Um diese Art von Mensch-Zombie-Verwirrung zu modellieren, verwendete Smith eine relativ neue mathematische Technik, die als "impulsive Differentialgleichungen" bezeichnet wurde. Diese zeigt, wie abrupte Schocks Systeme beeinflussen. Die Technik wurde häufig für die Modellierung von Satellitenbahnen verwendet und erschien erst in den 1990er Jahren, während die meisten mathematischen Werkzeuge auf Jahrhunderte zurückgehen, so Smith.

Zombies IRL

Die Anwendung solcher Techniken auf die Fleisch verzehrenden Massen bietet mehr als nur geeky Unterhaltung, sagte Smith. Er dient auch zu Bildungszwecken, mit einer Reihe von Hochschulen und sogar Hochschulen, die das Papier verwenden, um Studenten mathematische Modelle vorzustellen, sagte er."Die Lehrer sagen, es ist das erste Mal, dass ihre Kinder sich für Mathematik interessieren."

Tara Smith, Professorin für Infektionskrankheiten an der University of Iowa, zeigt anhand des Artikels, wie mathematische Modelle die Auswirkungen von Quarantänen, Impfstoffen und anderen öffentlichen Gesundheitsmaßnahmen vorhersagen können.

Die Methoden des Zombie-Modells haben sich bereits in mindestens einer realen Analyse als nützlich erwiesen. Bei der Arbeit an einem Modell des HPV (humanes Papillomavirus) stellte das Team von Robert Smith fest, dass die Übertragung sowohl über schwulen als auch über ungerechten Sex zwei nichtlineare Variablen in die Gleichung einführt. Glücklicherweise hatte das Zombie-Modell diesen Weg bereits eingeschlagen und demonstrierte den Umgang mit mehreren nichtlinearen Faktoren.

Diese Relevanz der realen Welt erklärt zum Teil das Wiederaufleben der Zombies in der Popkultur in den letzten Jahren, sagte Mogk. Als Epidemien und aufkommende Krankheiten wie SARS und Schweinegrippe Schlagzeilen machten, brachten Zombie-Fiktionen wie "Walking Dead" und "28 Days Later" den Untoten ein neues kulturelles Gütesiegel.

"Mit der zunehmenden Verstädterung bekommen Sie all diese neuen Krankheiten", sagte er. "Es ist fast eine Krankheit der Woche oder eine Krankheit des Monats." Und diese fleischhungrigen Viren mit den Zähnen sind bereit, die pandemisch bedingten Ängste der Öffentlichkeit widerzuspiegeln.

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