<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">matmess</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Математические заметки СВФУ</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mathematical notes of NEFU</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2411-9326</issn><issn pub-type="epub">2587-876X</issn><publisher><publisher-name>Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">matmess-428</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>СРАВНЕНИЕ ГРАДИЕНТНОГО И СИМПЛЕКС МЕТОДОВ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОСТЕЙШЕЙ МОДЕЛИ ИНФЕКЦИОННОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Comparison of gradient and simplex methods of the numerical solution of the inverse problem for the simplest model of infectious disease</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Кабанихин</surname><given-names>С. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kabanikhin</surname><given-names>S. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Кабанихин Cергей Игоревич</p><p>Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 6, Новосибирск 630090;</p><p>Новосибирский гос. университет, ул. Пирогова, 2, Новосибирск 630090</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Institute of Computational Mathematics and Mathematical GeophysicsNovosibirsk State University, Novosibirsk, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">ksi52@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Криворотько</surname><given-names>О. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Krivorot′ko</surname><given-names>O. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Криворотько Ольга Игоревна</p><p>Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 6, Новосибирск 630090;</p><p>Новосибирский гос. университет, ул. Пирогова, 2, Новосибирск 630090</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Institute of Computational Mathematics and Mathematical GeophysicsNovosibirsk State University, Novosibirsk, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">krivorotko.olya@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ермоленко</surname><given-names>Д. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Ermolenko</surname><given-names>D. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Ермоленко Дарья Владимировна</p><p>Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 6, Новосибирск 630090;</p><p>Новосибирский гос. университет, ул. Пирогова, 2, Новосибирск 630090</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Institute of Computational Mathematics and Mathematical GeophysicsNovosibirsk State University, Novosibirsk, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">ermolenko.dasha@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Воронов</surname><given-names>Д. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Voronov</surname><given-names>D. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Воронов Дмитрий Андреевич</p><p>Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 6, Новосибирск 630090;</p><p>Новосибирский гос. университет, ул. Пирогова, 2, Новосибирск 630090</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Institute of Computational Mathematics and Mathematical GeophysicsNovosibirsk State University, Novosibirsk, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">dmitriy.voronov@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН;&#13;
Новосибирский гос. университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics&#13;
Novosibirsk State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2015</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>07</day><month>07</month><year>2026</year></pub-date><volume>22</volume><issue>2</issue><fpage>72</fpage><lpage>82</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Кабанихин С.И., Криворотько О.И., Ермоленко Д.В., Воронов Д.А., 2026</copyright-statement><copyright-year>2026</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Кабанихин С.И., Криворотько О.И., Ермоленко Д.В., Воронов Д.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Kabanikhin S.I., Krivorot′ko O.I., Ermolenko D.V., Voronov D.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://matmess.elpub.ru/jour/article/view/428">https://matmess.elpub.ru/jour/article/view/428</self-uri><abstract><p>При заражении организм человека выделяет антитела, которые поз воляют справляться с болезнями. Индивидуальные особенности иммунитета и за болевания, отвечающие за рост числа антигенов (например, вирусов или бактерий) и антител, сопротивляемость организма и т. д. различны, а следовательно, реакция каждого отдельного организма будет различной при одном и том же заболевании. Несмотря на это врачи, как правило, составляют пациентам стандартный план лече ния, что не всегда оптимально. Поэтому важно уметь определять индивидуальные особенности иммунитета (скорость иммунного ответа, скорость выработки специ фичных антител) и заболевания (скорость распространения вирусов, бактерий и др.) для каждого пациента в отдельности по анализам крови, урины и т. п.</p><p>В работе численно исследована задача определения параметров инфекцион ного заболевания для простейшей математической модели «антиген-антитело» по измерениям концентраций антигенов и антител в фиксированные моменты време ни. Исследован целевой функционал, описывающий отклонение эксперименталь ных данных от модельных. Получено явное выражение градиента целевого функ ционала, в котором используется решение соответствующей сопряженной задачи. Проведен сравнительный анализ численного решения обратной задачи, получен ного градиентным методом (итерации Ландвебера) и симплекс-методом (методом Нелдера — Мида). Показано, что метод Нелдера — Мида в исследуемой матема тической модели определяет множество локальных приближенных значений ско ростей распространения антигена, иммунного ответа и выработки специфичных антител с заданной точностью. Метод итерации Ландвебера находит ближайший к начальному приближению аргумент минимума целевого функционала за достаточ ное большое число итераций.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The organism releases antibodies after antigens are recognized. This anti bodies help to cope with disease. Individual characteristics of immunity and disease are different. Therefore the reaction of different people to the disease is not similar. In spite of this doctors often make a standard treatment plan for patients. Therefore it is important to be able to identify individual parameters of immunity and disease for each patient by blood, urine tests and so on. In this paper the problem for determining of the immune and disease parameters by measurements of the antigen and antibody concentrations in fixed times is numerically investigated. We use the misfit functional that describes the deviation between experimental and model data. The explicit expre ssion of the gradient of the misfit functional based on the adjoint problem solution is obtained. The results of numerical calculations of inverse problem is discussed. The results obtained using the methods of Landveber’s iterations and Nelder-Mead. Comparative analysis of these methods is discussed. It was demonstrated that Nelder Mead method is more sensitive to the choice of the initial guess than the method of Landweber iteration. If the initial guess has been chosen "good enough" than it needs less steps than Landweber iteration method. But there are some set of possible initial guesses when Landweber iteration method converges but the Nelder-Mead method gives no results.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>обратная задача</kwd><kwd>оптимизационный подход</kwd><kwd>метод итерации Ландвебера</kwd><kwd>метод Нелдера — Мида</kwd><kwd>моделирование в иммунологии</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>inverse problem</kwd><kwd>optimization approach</kwd><kwd>Landveber iterations</kwd><kwd>Nelder Mead method</kwd><kwd>modeling in immunology</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных ис следований (проект № 16–31–00382).</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Марчук Г. И. Математические модели в иммунологии. М.: Наука, 1980.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Марчук Г. И. Математические модели в иммунологии. М.: Наука, 1980.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">РоманюхаА.А.,Руднев С.Г.,Зуев С.М.Анализ данных имоделирование инфекционных заболеваний // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования. Т. 2. Математическое моделирование (под ред. В. П. Дымникова). М.: Наука, 2005. С. 352–404.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">РоманюхаА.А.,Руднев С.Г.,Зуев С.М.Анализ данных имоделирование инфекционных заболеваний // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования. Т. 2. Математическое моделирование (под ред. В. П. Дымникова). М.: Наука, 2005. С. 352–404.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Andrew S. M., Baker C. T. H., Bocharov G. A. Rival approaches to mathematical modeling in immunology // J. Comput. Appl. Math.. 2007. V. 205. P. 669–686.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Andrew S. M., Baker C. T. H., Bocharov G. A. Rival approaches to mathematical modeling in immunology // J. Comput. Appl. Math.. 2007. V. 205. P. 669–686.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Engl H. W., Flamm C., K¨ugler P., Lu J., M¨uller S., Schuster P. Inverse problems in systems biology // Inverse Probl.. 2009. V. 25. P. 123014.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Engl H. W., Flamm C., K¨ugler P., Lu J., M¨uller S., Schuster P. Inverse problems in systems biology // Inverse Probl.. 2009. V. 25. P. 123014.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Molina-Paris C., Lythe G. Mathematical models and immune cell biology. New York; Dord recht; Heidelberg; London: Springer-Verl., 2011.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Molina-Paris C., Lythe G. Mathematical models and immune cell biology. New York; Dord recht; Heidelberg; London: Springer-Verl., 2011.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Banks H. T., Hu Sh., Clayton Thompson W. Modeling and inverse problems in the presence of uncertainty. Boca Raton; London; New York; Washington, DC: CRC Press, 2014. (Monogr. Res. Notes Math.).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Banks H. T., Hu Sh., Clayton Thompson W. Modeling and inverse problems in the presence of uncertainty. Boca Raton; London; New York; Washington, DC: CRC Press, 2014. (Monogr. Res. Notes Math.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kuznetsova G. P. The inverse problem for the Marchuk immunologic “simplest model” // Дальневост. мат. журн. 2003. Т. 4, № 1. С. 134–140.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kuznetsova G. P. The inverse problem for the Marchuk immunologic “simplest model” // Дальневост. мат. журн. 2003. Т. 4, № 1. С. 134–140.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Afraites L., Atlas A. Parameters identification in the mathematical model of immune compe tition cells // J. Inverse Ill-posed Probl.. 2015. V. 23, N 4. P. 323–337.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Afraites L., Atlas A. Parameters identification in the mathematical model of immune compe tition cells // J. Inverse Ill-posed Probl.. 2015. V. 23, N 4. P. 323–337.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bellouquid A., Delitala M. Modeling complex biological systems: A kinetic theory approach. Boston; Basel; Berlin: Birkh¨auser, 2006.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bellouquid A., Delitala M. Modeling complex biological systems: A kinetic theory approach. Boston; Basel; Berlin: Birkh¨auser, 2006.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алифанов О.М., Артюхин Е. А., Румянцев С. В. Экстремальные методы решения некор ректных задач. М.: Наука, 1988. 11. Кабанихин С. И. Обратные и некорректные задачи. Новосибирск: Сиб. науч. изд-во, 2009.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Алифанов О.М., Артюхин Е. А., Румянцев С. В. Экстремальные методы решения некор ректных задач. М.: Наука, 1988. 11. Кабанихин С. И. Обратные и некорректные задачи. Новосибирск: Сиб. науч. изд-во, 2009.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ильин А. И., Кабанихин С. И., Криворотько О. И. Об определении параметров моделей, описываемых системами нелинейных дифференциальных уравнений // Сиб. электрон. мат. изв.. 2014. Т. 11. С. 1–14.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ильин А. И., Кабанихин С. И., Криворотько О. И. Об определении параметров моделей, описываемых системами нелинейных дифференциальных уравнений // Сиб. электрон. мат. изв.. 2014. Т. 11. С. 1–14.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васин В. В. О сходимости методов градиентного типа для нелинейных уравнений // Докл. РАН. 1998. Т. 359, № 1. С. 7–9.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Васин В. В. О сходимости методов градиентного типа для нелинейных уравнений // Докл. РАН. 1998. Т. 359, № 1. С. 7–9.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nelder J., Mead R. A simplex method for function minimization // Comput. J.. 1965. V. 7. P. 308–313.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nelder J., Mead R. A simplex method for function minimization // Comput. J.. 1965. V. 7. P. 308–313.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Михайлов Г. А., Войтишек А. В. Численное статистическое моделирование. Методы Монте-Карло. М.: Академия, 2006. 16. Гладков Л.А.,Курейчик В. В.,Курейчик В. М. Генетические алгоритмы. М.:Физматлит, 2006</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Михайлов Г. А., Войтишек А. В. Численное статистическое моделирование. Методы Монте-Карло. М.: Академия, 2006. 16. Гладков Л.А.,Курейчик В. В.,Курейчик В. М. Генетические алгоритмы. М.:Физматлит, 2006</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
