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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Nichtlineare Dynamik/Epidemiologie

Lehrveranstaltung 3233 L 535 im Sommersemester 2017

Dozent: Dr. Philipp Hövel [1]

Vorlesung: Di 10:15-11:45 im EW 733 (Start: 18.4.2017)

Die Vorlesung

Inhalt:

  1. Einführung/Wiederholung "Dynamische Systeme" und "network science"
  2. Mathematische Modelle der Krankheitsausbreitung
  3. Adaptive Netzwerke
  4. Kontrolle: Detektion, Eindämmung und Bekämpfung

    Zusätzlich und eingeflochten: Verschiedene Studien aus der aktuellen Forschung

ECTS-Punkte und Einpassung ins Studium:

Der Besuch dieser Lehrveranstaltung entspricht 3 ECTS-Punkten.

Für Physik-Studierende (MSc): Dieser Kurs kann mit einem Kurs Theoretische Physik VI: Vertiefung zu einem physikalischen Wahlpflichtmodul (grundlagenorientierte Studienrichtung) kombiniert werden. Alternativ kann er als Wahlmodul angerechnet werden.

Zusätzlich wird der Besuch des Seminars "Spreading Processes in Complex Networks" [2] empfohlen.

Scheinkriterien

  • aktive Teilnahme an der Vorlesung

Vorlesungsmitschrift

Skript/e-Kreide
Datum
Thema
schwarz-weiß
farbig
18.4.
Einführung (paper [3]video [4])
lect_bw_01.pdf [5]
lect_col_01.pdf [6]
25.4.
Dynamische Systeme am Bsp. des SIR-Modells [7]
lect_bw_02.pdf [8]
lect_col_02.pdf [9]
2.5.
Network Science [10]
RKI-Vortrag (3.5. [11]): Alessandro Vespignani [12] (u.a. GLEAMviz [13])
lect_bw_03.pdf [14]
lect_col_03.pdf [15]
9.5.
Skalenfreie Netzwerke [16], Robustheit
Dokumentarfilm: Connected [17]
lect_bw_04.pdf [18]
lect_col_04.pdf [19]
16.5.
Small-world Netzwerke [20]
RKI-Vortrag (17.5. [21]): Marcel Salathé [22] (u.a. deep learning für Krankheitserkennung [23])
lect_bw_05.pdf [24]
lect_col_05.pdf [25]
23.5.
S(E)IR-Modell [26] reloaded
lect_bw_06.pdf [27]
lect_col_06.pdf [28]
30.5.
Mobilität [29], (video [30] -> "Follow the money!", Where's Goerge? [31])
RKI-Vortrag (
31.5. [32]): Sune Lehmann [33] (u.a. sensibleDTU [34])
lect_bw_07.pdf [35]
lect_col_07.pdf [36]
6.6.
Exkurs in die Netzwerktheorie (Andreas Koher [37])
lect_08.pdf [38]


13.6.
Fallstudie H1N1 [39] (GLEAMviz [40])
RKI-Vortrag (14.6. [41]): Richard Neher [42] (u.a. nextstrain.org [43])
lect_bw_09.pdf [44]
lect_col_09.pdf [45]
20.6.
Adaptive Netwerke, Verhalten in Extermsituationen [46] (Vaccination game [47])
lect_bw_10.pdf [48]
lect_col_10.pdf [49]
27.6.
Datenlage [50] und Detektion [51], RKI-Vortrag (28.6.): Oliver Pybus [52] (Arbeiten [53], u.a. evolve.zoo [54], virus typing tool [55])
lect_bw_11.pdf [56]
lect_col_11.pdf [57]
4.7.
Sentinels [58] (video [59]), RKI-Vortrag (5.7.): Ciro Cattuto [60] (sociopatterns.org [61])
lect_bw_12.pdf [62]
lect_col_12.pdf [63]
11.7.
Vogelgrippe [64] (WHO [65], Samantha Lycett [66]), Zusammenfassung
lect_bw_13.pdf [67]
lect_col_13.pdf [68]
18.7.
entfällt zugunsten des RKI-Kolloquiums [69] (jeden 2. Mittwoch ab 3.5., s.o.)





Sprechzeiten

Sprechzeiten
Name
Raum
Tel.
Sprechzeiten
Dr. Philipp Hövel [70]
ER 238
314-27658
nach Vereinbarung

Literatur

Die Vorlesung orientiert sich an dem Textbuch:

  • Matt J. Keeling und Pejman Rohani: Modeling Infectious Diseases in Humans and Animals, Princeton University Press (2007) [71].
    Für Beispielprogamme aus dem Buch siehe: http://www.modelinginfectiousdiseases.org [72]

Spezielle Literatur zur verschiedenen Themen:

Grundlagen:

  • Steven H. Strogatz, Nonlinear Dynamics And Chaos: With Applications To Physics Biology, Chemistry And Engineering (Studies in Nonlinearity), Westview Press (2000)
  • Ed Ott, Chaos in dynamical systems, Cambridge Univ. Press (2002)
  • John Argyris, Gunter Faust, Maria Haase, Rudolf Friedrich, Die Erforschung des Chaos, Springer (2010)
  • John Guckenheimer, Nonlinear oscillations, dynamical systems, and bifurcations of vector fields, Springer (1986)
  • Marc Newman, Networks: An introduction, Oxford University Press (2010)
  • Albert-László Barabási: Network Science [73]

Neuronale Systeme:

  • Eugene M. Izhikevich, Dynamical Systems in Neuroscience, MIT Press (2007)
  • Steven J. Schiff, Neural Control Engineering, MIT Press (2012)
  • Peter Dayan, Laurence F. Abbott, Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems (Computational Neuroscience), MIT Press (2005)

Weiterführende Literatur:

Mathematische Methoden:

  • Thomas Erneux, Applied Delay Differential Equations, Springer (2009)
  • Jack K. Hale and Sjoerd M. Verduyn Lunel, Introduction to functional differential equations, Springer (1993)
  • Richard Bellman, and Kenneth L Cooke, Differential-difference equations, New York-London: Academic Press. (1963)
  • A. Bellen and M. Zennaro and A. Bellen, Numerical Methods for Delay Differential Equations, Oxford Univ Pr (2003)

Stochastische Systeme:

  • Crispin W. Gardiner, Handbook of stochastic method, Springer (2004)
  • Nicolas G. van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry, North-Holland Publ. (2008)
  • Ruslan L. Stratonovich, Topics in the Theory of Random Noise, Vols. I and II, Gordon and Breach (1963)

Kontrolle:

  • Alexander L. Fradkov, Iliya V. Miroshnik, Vladimir O. Nikiforov, Nonlinear and adaptive control of complex systems, Kluwer (1999)
  • Alexander L. Fradkov, Cybernetical Physics: From Control of Chaos to Quantum Control, Springer, (2007)
  • Eckehard Schöll, Hans Georg Schuster, Handbook of chaos control (Second completely revised and enlarged edition) Wiley (2008)

Dynamische Systeme:

  • Fatihcan M. Atay, Complex Time-Delay Systems, Springer (2010)
  • Wolfram Just, Axel Pelster, Michael Schanz, Eckehard Schöll, Delayed Complex Systems: An Overview, Theme Issue of Phil. Trans. R. Soc. A 368, 303 (2010)
  • Lutz Schimansky-Geier, Bernold Fiedler, Jürgen Kurths, Eckehard Schöll, Analysis and control of complex nonlinear processes in physics, chemistry and biology, World Scientific (2007)
  • Aleksandr S. Mikhailov, Foundations of Synergetics I. Distributed Active Systems, Springer (1990)
  • James D. Murray, Mathematical Biology,Vol. 19 of Biomathematics Texts, Springer (1989)
  • Hermann Haken, Synergetics. Introduction and Advanced Topics, Springer (2004)
  • Vladimir I. Arnol'd, Mathematical Methods of Classical Mechanics, Springer (1997)

Laser:

  • T. Erneux, P. Glorieux, Laser Dynamics, Cambridge Univ. Press (2010)
  • H. Haken. Laser light dynamics. North Holland (1985)

Siehe auch Semesterapparat der VL "Theoretische Physik VI: Nichtlineare Dynamik und Kontrolle im SS 14" [74].

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