Published January 25, 2024 | Version v1
Publication Open

Qualitative analysis and chaotic behavior of respiratory syncytial virus infection in human with fractional operator

Creators

  • 1. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 2. Prince Sattam Bin Abdulaziz University
  • 3. Near East University
  • 4. Mersin Üniversitesi
  • 5. University of Education
  • 6. University of Okara

Description

Abstract Respiratory syncytial virus (RSV) is the cause of lung infection, nose, throat, and breathing issues in a population of constant humans with super-spreading infected dynamics transmission in society. This research emphasizes on examining a sustainable fractional derivative-based approach to the dynamics of this infectious disease. We proposed a fractional order to establish a set of fractional differential equations (FDEs) for the time-fractional order RSV model. The equilibrium analysis confirmed the existence and uniqueness of our proposed model solution. Both sensitivity and qualitative analysis were employed to study the fractional order. We explored the Ulam–Hyres stability of the model through functional analysis theory. To study the influence of the fractional operator and illustrate the societal implications of RSV, we employed a two-step Lagrange polynomial represented in the generalized form of the Power–Law kernel. Also, the fractional order RSV model is demonstrated with chaotic behaviors which shows the trajectory path in a stable region of the compartments. Such a study will aid in the understanding of RSV behavior and the development of prevention strategies for those who are affected. Our numerical simulations show that fractional order dynamic modeling is an excellent and suitable mathematical modeling technique for creating and researching infectious disease models.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الفيروس المخلوي التنفسي التجريدي (RSV) هو سبب عدوى الرئة والأنف والحنجرة ومشاكل التنفس في مجموعة من البشر المستمرين الذين يعانون من انتقال ديناميكيات مصابة فائقة الانتشار في المجتمع. يركز هذا البحث على دراسة نهج مستدام قائم على المشتقات الجزئية لديناميكيات هذا المرض المعدي. اقترحنا ترتيبًا كسريًا لإنشاء مجموعة من المعادلات التفاضلية الكسرية (FDEs) لنموذج RSV للترتيب الكسري الزمني. أكد تحليل التوازن وجود وتفرد حلنا النموذجي المقترح. تم استخدام كل من الحساسية والتحليل النوعي لدراسة الترتيب الكسري. استكشفنا استقرار Ulam - Hyres للنموذج من خلال نظرية التحليل الوظيفي. لدراسة تأثير المشغل الكسري وتوضيح الآثار المجتمعية لـ RSV، استخدمنا متعدد الحدود LAGRANGE من خطوتين ممثلة في الشكل المعمم لنواة Power - Law. أيضًا، يتم عرض نموذج RSV للترتيب الكسري مع السلوكيات الفوضوية التي توضح مسار المسار في منطقة مستقرة من الحجرات. ستساعد مثل هذه الدراسة في فهم سلوك الفيروس المخلوي التنفسي وتطوير استراتيجيات الوقاية للمتضررين. تُظهر عمليات المحاكاة العددية التي أجريناها أن النمذجة الديناميكية للترتيب الكسري هي تقنية نمذجة رياضية ممتازة ومناسبة لإنشاء نماذج الأمراض المعدية والبحث فيها.

Translated Description (French)

Résumé Le virus respiratoire syncytial (VRS) est la cause des infections pulmonaires, du nez, de la gorge et des problèmes respiratoires dans une population d'humains constants avec une transmission dynamique infectée super répandue dans la société. Cette recherche met l'accent sur l'examen d'une approche durable basée sur les dérivés fractionnaires de la dynamique de cette maladie infectieuse. Nous avons proposé un ordre fractionnaire pour établir un ensemble d'équations différentielles fractionnaires (FDE) pour le modèle RSV d'ordre temps-fractionnaire. L'analyse d'équilibre a confirmé l'existence et le caractère unique de notre solution de modèle proposée. La sensibilité et l'analyse qualitative ont été utilisées pour étudier l'ordre fractionnaire. Nous avons exploré la stabilité Ulam-Hyres du modèle à travers la théorie de l'analyse fonctionnelle. Pour étudier l'influence de l'opérateur fractionnaire et illustrer les implications sociétales du VRS, nous avons utilisé un polynôme de Lagrange en deux étapes représenté dans la forme généralisée du noyau Power-Law. En outre, le modèle RSV d'ordre fractionnaire est démontré avec des comportements chaotiques qui montrent la trajectoire dans une région stable des compartiments. Une telle étude aidera à comprendre le comportement du VRS et à élaborer des stratégies de prévention pour les personnes touchées. Nos simulations numériques montrent que la modélisation dynamique d'ordre fractionnaire est une technique de modélisation mathématique excellente et appropriée pour créer et rechercher des modèles de maladies infectieuses.

Translated Description (Spanish)

Resumen El virus sincitial respiratorio (VSR) es la causa de la infección pulmonar, la nariz, la garganta y los problemas respiratorios en una población de humanos constantes con una transmisión dinámica infectada en súper propagación en la sociedad. Esta investigación hace hincapié en examinar un enfoque sostenible basado en derivados fraccionarios para la dinámica de esta enfermedad infecciosa. Propusimos un orden fraccionario para establecer un conjunto de ecuaciones diferenciales fraccionarias (FDE) para el modelo RSV de orden fraccionario en el tiempo. El análisis de equilibrio confirmó la existencia y singularidad de nuestra solución modelo propuesta. Tanto el análisis de sensibilidad como el cualitativo se emplearon para estudiar el orden fraccional. Exploramos la estabilidad Ulam-Hyres del modelo a través de la teoría del análisis funcional. Para estudiar la influencia del operador fraccionario e ilustrar las implicaciones sociales de RSV, empleamos un polinomio de Lagrange de dos pasos representado en la forma generalizada del núcleo Power–Law. Además, el modelo RSV de orden fraccional se demuestra con comportamientos caóticos que muestra la trayectoria en una región estable de los compartimentos. Dicho estudio ayudará a comprender el comportamiento del VSR y a desarrollar estrategias de prevención para los afectados. Nuestras simulaciones numéricas muestran que el modelado dinámico de orden fraccional es una técnica de modelado matemático excelente y adecuada para crear e investigar modelos de enfermedades infecciosas.

Files

s41598-023-51121-0.pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:85fb75462589104d226dfc289f05d626
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل النوعي والسلوك الفوضوي لعدوى الفيروس المخلوي التنفسي لدى الإنسان مع عامل كسور
Translated title (French)
Analyse qualitative et comportement chaotique de l'infection par le virus respiratoire syncytial chez l'homme avec opérateur fractionnaire
Translated title (Spanish)
Análisis cualitativo y comportamiento caótico de la infección por el virus sincitial respiratorio en humanos con operador fraccional

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391230001
DOI
10.1038/s41598-023-51121-0

Is supplement to
https://openalex.org/W571281153 (Other)
https://openalex.org/W4390756076 (Other)
https://openalex.org/W4301247218 (Other)
https://openalex.org/W4289551052 (Other)
https://openalex.org/W4243074410 (Other)
https://openalex.org/W3081298411 (Other)
https://openalex.org/W3023806604 (Other)
https://openalex.org/W2952139525 (Other)
https://openalex.org/W2949403936 (Other)
https://openalex.org/W2129818458 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1975670568
  • https://openalex.org/W2033960053
  • https://openalex.org/W2072799635
  • https://openalex.org/W2076346435
  • https://openalex.org/W2088623959
  • https://openalex.org/W2145445974
  • https://openalex.org/W2799618165
  • https://openalex.org/W2884802784
  • https://openalex.org/W2895824254
  • https://openalex.org/W2908140681
  • https://openalex.org/W2949269435
  • https://openalex.org/W2951929707
  • https://openalex.org/W2954126033
  • https://openalex.org/W2963641381
  • https://openalex.org/W3101587157
  • https://openalex.org/W3208154767
  • https://openalex.org/W4214735182
  • https://openalex.org/W4220781757
  • https://openalex.org/W4220880647
  • https://openalex.org/W4226058947
  • https://openalex.org/W4285092839
  • https://openalex.org/W4297201097
  • https://openalex.org/W4379534080
  • https://openalex.org/W4386608024
  • https://openalex.org/W4388104764