<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">46923</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2024.046923</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Evolutionary Safe Pad&#x00E9; Approximation Scheme for Dynamical Study of Nonlinear Cervical Human Papilloma Virus Infection Model</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Evolutionary Safe Pad&#x00E9; Approximation Scheme for Dynamical Study of Nonlinear Cervical Human Papilloma Virus Infection Model</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Evolutionary Safe Pad&#x00E9; Approximation Scheme for Dynamical Study of Nonlinear Cervical Human Papilloma Virus Infection Model</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Ali</surname><given-names>Javaid</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Ciancio</surname><given-names>Armando</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Khan</surname><given-names>Kashif Ali</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Raza</surname><given-names>Nauman</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-4">4</xref><xref ref-type="aff" rid="aff-5">5</xref></contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Baskonus</surname><given-names>Haci Mehmet</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-6">6</xref><email>hmbaskonus@gmail.com</email></contrib>
<contrib id="author-6" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Luqman</surname><given-names>Muhammad</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-7" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Khan</surname><given-names>Zafar-Ullah</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-7">7</xref></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Department of Mathematics, Govt. Graduate College Township</institution>, <addr-line>Lahore, 54770</addr-line>, <country>Pakistan</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Universit&#x00E0; degli Studi di Messina, Dipartimento di Scienze Biomediche, Odontoiatriche e delle Immagini Morfologiche e Funzionali</institution>, <addr-line>Messina, 98122</addr-line>, <country>Italy</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Mathematics, University of Engineering and Technology</institution>, <addr-line>Lahore, 54890</addr-line>, <country>Pakistan</country></aff>
<aff id="aff-4"><label>4</label><institution>Department of Mathematics, University of the Punjab</institution>, <addr-line>Lahore, 54590</addr-line>, <country>Pakistan</country></aff>
<aff id="aff-5"><label>5</label><institution>Mathematics Research Center, Near East University TRNC, Mersin 10</institution>, <addr-line>Nicosia, 99138</addr-line>, <country>Turkey</country></aff>
<aff id="aff-6"><label>6</label><institution>Department of Mathematics and Science Education, Faculty of Education, Harran University</institution>, <addr-line>Sanliurfa, 63190</addr-line>, <country>Turkey</country></aff>
<aff id="aff-7"><label>7</label><institution>Department of Dermatology, Rashid Latif Medical College</institution>, <addr-line>Lahore, 54600</addr-line>, <country>Pakistan</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Haci Mehmet Baskonus. Email: <email>hmbaskonus@gmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2024</year></pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>08</day>
<month>7</month>
<year>2024</year></pub-date>
<volume>140</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2275</fpage>
<lpage>2296</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>19</day>
<month>10</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>10</day>
<month>3</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2024 Ali et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Ali et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_46923.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>This study proposes a structure-preserving evolutionary framework to find a semi-analytical approximate solution for a nonlinear cervical cancer epidemic (CCE) model. The underlying CCE model lacks a closed-form exact solution. Numerical solutions obtained through traditional finite difference schemes do not ensure the preservation of the model&#x2019;s necessary properties, such as positivity, boundedness, and feasibility. Therefore, the development of structure-preserving semi-analytical approaches is always necessary. This research introduces an intelligently supervised computational paradigm to solve the underlying CCE model&#x2019;s physical properties by formulating an equivalent unconstrained optimization problem. Singularity-free safe Pad&#x00E9; rational functions approximate the mathematical shape of state variables, while the model&#x2019;s physical requirements are treated as problem constraints. The primary model of the governing differential equations is imposed to minimize the error between approximate solutions. An evolutionary algorithm, the Genetic Algorithm with Multi-Parent Crossover (GA-MPC), executes the optimization task. The resulting method is the Evolutionary Safe Pad&#x00E9; Approximation (ESPA) scheme. The proof of unconditional convergence of the ESPA scheme on the CCE model is supported by numerical simulations. The performance of the ESPA scheme on the CCE model is thoroughly investigated by considering various orders of non-singular Pad&#x00E9; approximants.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Nonlinear cervical cancer epidemic</kwd>
<kwd>non-singular Pad&#x00E9; approximants</kwd>
<kwd>approximate solutions</kwd>
<kwd>computational biology</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The root cause of cervical cancer is the irregular growth of cells in the cervix and its nearby organs. No apparent symptoms appear in the early stages of cervical cancer. Over time, the disease develops aggressively, manifesting with clear symptoms such as irregular vaginal bleeding. Cervical cancer can affect women in their teenage years, but precancerous changes can be identified in their 20 and 30 s. Cases of cervical cancer among women aged 50&#x2013;60 years are clearly detectable [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. Generally, around 80% of cervical cancer cases are diagnosed in their early stages of development. Every year, around 500,000 positive cases are identified worldwide, with 200,000 resulting in fatalities due to the disease.</p>
<p>Cervical cancer progresses slowly, emphasizing the importance of early detection for successful treatment and prevention. The human body divides its cells to replace damaged or dead ones, which occurs more quickly in children than adults. Different types of cancer are caused by unchecked cell development, which affects the original site of the cancer before it can spread. The cervix, the lower part of the uterus attached to the top of the vagina, is where cervical cancer usually begins. Due to its slow growth and potential for early intervention, this disease ranks second among malignancies affecting women worldwide.</p>
<p>The mortality rate from cervical cancer in Pakistan is higher compared to that in several Western countries. Cervical carcinoma ranks as the fourth most prevalent cancer among Pakistani women. Inherited instances of cervical cancer can result from the transmission of disease-carrying fluids from a mother to her child during childbirth. Having multiple sexual partners can increase the risk of cervical cancer in affected women. Human Papillomavirus (HPV) infection, a sexually transmitted infection (STI), is responsible for almost all forms of cervical cancer. Many individuals remain unaware of their HPV infection. The hazardous HPV strains, HPV-16 and HPV-18, are responsible for over 70% of confirmed cancer cases. The early detection of such HPV types through the Papanicolaou or Pap smear test helps in effective treatments through vaccination administration [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>] and adopting precautionary measures [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>]. According to epidemiological research on this illness, more than 40 different forms of HPV affect a person&#x2019;s cervix, anus, vulva, inner vaginal walls, rectum, and outer skin in the pubic region in both genders. Among several types of HPV, only a few types are due to cervical cancer [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>]. High-risk HPV types cause warts on genital parts or skin, leading to penile and cervical cancers in men. In 2006, the United States&#x2019; federal agency of Food and Drug Administration (FDA) introduced a vaccine for protection against HPV-16 and HPV-18. Over 530,000 new cervical cancer cases are reported annually, with 275,000 women dying annually. In advanced nations, the fatality rate is over 80%. Scotland&#x2019;s disease induction rate was 70.6% between 1997 and 2001. In the UK, 1,000 women die each year from 2,800 known positive cases. In Canada, 1,300 women received the diagnosis in 2008, with 380 dying. Up to twenty million people in America are infected with HPV.</p>
<p>Radecki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] and Winer et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] have advocated for the use of HPV vaccines to reduce psychological barriers in diagnostic Pap tests. Friedman&#x2019;s study found that HPV infection is mainly transmitted through mutual sex and is responsible for cervical cancer and other cell irregularities in American females. Raley et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>] also observed cervical neoplasia and genital warts caused by HPV infection. The American College of Obstetricians and Gynecologists (ACOG) conducted a survey to explore HPV vaccine preparation methodologies. Clifford et al.&#x2019;s study found that HPV vaccines were 100% effective in reducing genital warts and HPV risks [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]. Chao et al.&#x2019;s study found HPV as the highest source of cervical cancer. Licht et al.&#x2019;s research analyzed the hazards linked to HPV vaccine administration among girls studying in public universities [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>].</p>
<p>A helpful method for examining disease dynamics in living species, particularly humans, is mathematical modeling. Recently, numerous Cervical Cancer Epidemic (CCE) models have been put forth and examined [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]. During the analysis of suggested models, it was observed that, for specific values of model parameters, the conventional explicit finite difference techniques for initial value problems result in non-physical chaos under varying complexities [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>]. Because of their unstable behavior, many traditional methods lose their dependability. In this case, fresh, dependable, and structure-preserving techniques are needed. Researchers are adopting the evolutionary computational [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] paradigm as one of the expanding contemporary problem-solving approaches for medical predictions [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>] and solving highly nonlinear physical phenomena modeled by initial and boundary value ordinary differential equations and partial differential equations with applications in applied sciences and epidemiology [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>].</p>
<p>This study designs an evolutionary computational framework for safe (non-singular) Pad&#x00E9; approximation to model the CCE nonlinear system as an optimization problem, incorporating an efficient global search mechanism through a genetic algorithm with multi-parent crossover (GA-MPC) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>]. The proposed computational framework is named the evolutionary safe Pad&#x00E9; approximation (ESPA) scheme, an improved version of the original Evolutionary Pad&#x00E9; Approximation (EPA) scheme proposed by Ali et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>]. Analysis of the CCE model using our proposed ESPA scheme enables the prediction of elimination and perseverance states. The scheme is designed to preserve vital structural properties of dynamical systems.</p>
<p>The prominent features of the ESPA scheme include:
<list list-type="simple">
<list-item><label>(i)</label><p>Non-singular Pad&#x00E9; approximation-based modeling of the governing equations of the CCE model for constructing the objective function.</p></list-item>
<list-item><label>(ii)</label><p>Transformation of initial conditions on state variables into problem constraints.</p></list-item>
<list-item><label>(iii)</label><p>Construction of an unconstrained minimization problem by implementing penalty functions that control the solution&#x2019;s feasibility.</p></list-item>
<list-item><label>(iv)</label><p>Implementation of GA-MPC for solving the formulated unconstrained optimization problem.</p></list-item>
<list-item><label>(v)</label><p>Use of optimized coefficients found by the best performer algorithm to present closed-form solutions of the model.</p></list-item>
</list></p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Deterministic Cervical Cancer Model</title>
<p>This section introduces the dynamics of cervical cancer disease caused by infection with the human papillomavirus. The variables <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the number of susceptible, HPV-infected, HPV infectious but not yet infected by CCE, and HPV infectious affected by CCE disease females, respectively. The compartmental order of the CCE model is exhibited in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>The compartmental structure of CCE model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-1.tif"/>
</fig>
<p>where <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the human birth rate, <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the death rate of the human population, <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the size of the entire women population, <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the women&#x2019;s probability of catching HPV infection, and <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the women&#x2019;s probability of contracting cervical cancer. All variables are normalized by the total population to achieve the normalized model with <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The block diagram (<xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>) shows that due to the non-coupling effect, one of the state variables <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be eliminated.</p>
<p>The following reduced model is achieved:
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>with the following initial conditions:
<disp-formula id="ueqn-150"><mml:math id="mml-ueqn-150" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></disp-formula></p>
<p>The total population is considered constant.
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>The necessary physical properties of the model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>] are as follows:</p>
<p><italic>Theorem 1</italic>: The systems <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> subjected to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref> are bounded and positively invariant feasible regions defined by: <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Theorem 2</italic>: The basic reproductive number of the CCE model is <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Theorem 3</italic>: The system has a unique disease-free equilibrium point <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and a unique disease-persistent equilibrium point <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according as <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>ESPA Scheme for the CCE Model</title>
<p>This section is dedicated to the architecture of the ESPA scheme for solving the dynamical CCE model. It sequences the approximation of the state variables by Pad&#x00E9; rational functions, the conversion of governing equations to residual functions, and the handling of initial conditions, along with the physical properties of the CCE model as problem constraints, to formulate an unconstrained optimization problem. The optimization task is performed by implementing a global optimization algorithm called the genetic algorithm with multi-parent crossover (GA-MPC). The global optimum solution of the resulting unconstrained optimization problem is analogous to the solution of the underlying nonlinear CCE model.</p>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label>
<title>Approximation by Safe Pad&#x00E9; Rational Functions</title>
<p>State variables <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are approximated by following Pad&#x00E9; rational functions of variable <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with order <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>]:
</p>
<disp-formula id="ueqn-143"><mml:math id="mml-ueqn-143" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-100"><mml:math id="mml-ueqn-100" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula><disp-formula id="ueqn-135"><mml:math id="mml-ueqn-135" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>
<p>The set of safety conditions is:
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are real numbers for all <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">W</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The derivative of <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with respect to <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is again a safe Pad&#x00E9; rational function expressed as follows:
<disp-formula id="ueqn-6"><mml:math id="mml-ueqn-6" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>j</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>j</mml:mi><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>The Pad&#x00E9; approximants satisfy the following natural properties [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>]:
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The properties of non-singular Pad&#x00E9; approximants provide valuable guidelines for choosing the orders of approximants so that the physical conditions of the model are preserved.</p>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label>
<title>Formation of Residual Functions</title>
<p>For some positive integer <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, a monotone strictly increasing finite sequence <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is considered a subset of the domain <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, for <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The proposed scheme does not require a uniform value for each <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and thus is independent of any step length. Denoting the corresponding approximate solutions and their derivatives by <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and substituting in the system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>, a system of nonlinear equations at point <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is obtained as follows:
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, residual functions involving unknown coefficients of Pad&#x00E9; approximants are <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> that are defined by:
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>The initial conditions are transformed into the following constraints:
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_3">
<label>3.3</label>
<title>Formation of Unconstrained Minimization Problem Using Penalty Function Approach</title>
<p>The Pad&#x00E9; approximation-based mathematical modeling of the underlying problem aims to find optimized values of <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> unknown coefficients so that the absolute residuals at each discrete step are minimized by meeting all the problem constraints. Let us represent the <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dimensional vector of unknown coefficients by <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> obtained by concatenating the vectors <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> horizontally, where</p>

<disp-formula id="ueqn-2214"><mml:math id="mml-ueqn-2214" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula><disp-formula id="ueqn-101"><mml:math id="mml-ueqn-101" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-102"><mml:math id="mml-ueqn-102" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<p>Employing these notations and the Pad&#x00E9; approximation functions <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> all residuals (<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eqs. (10)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">(12)</xref>) and the constraint functions (<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eq. (13)</xref>) become real-valued functions of a <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>-dimensional</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> unknown vector <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Using a penalty function approach, the following unconstrained minimization problem is constructed.
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Each <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, is the mean squared residual of a governing equation defined by:
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are large positive real numbers, and the constraints in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eqs. (5)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> are handled by the penalty functions <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> defined as follows:
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> (a positive real number) acts as the singularity tolerance parameter. The larger value of <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> well ensures the non-singularity of each approximant. The respective penalty functions for handling the positivity and feasibility of solutions are:
<disp-formula id="ueqn-19"><mml:math id="mml-ueqn-19" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-20"><mml:math id="mml-ueqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_4">
<label>3.4</label>
<title>Optimizer: Genetic Algorithm with Multi-Parent Crossover</title>
<p>The constructed objective function <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is highly nonlinear in the unknown coefficients and can contain multiple local minima. Additionally, the complexity of the optimization process increases as the order <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of Pad&#x00E9; approximation is increased. Therefore, the use of a reliable and efficient optimization algorithm is necessary. This study uses the GA-MPC algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>], proving its tremendous success in real-world practical optimization problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>].</p>
<p><italic>Step 1</italic>. Generate an initial population <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of size <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the considered search range.</p>
<p><italic>Step 2</italic>. Save the best <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> individuals (solutions) in the archive pool (<inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>).</p>
<p><italic>Step 3</italic>. Construct the selection pool (<inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>), of size <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>, by picking best solution from <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (2 or 3) random solutions using the tournament selection technique.</p>
<p><italic>Step 4</italic>. Generate three off-springs (new trial solutions) from each of <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> triplets of distinct parent solutions randomly selected from <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Let a triplet from <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> be <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> ordered as <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Then, new off-spring solutions <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are computed as:
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the crossover rate and is selected randomly from normal distribution <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with mean <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and standard deviation <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Step 5</italic>. Apply diversity step on each newly generated solution with a pre-defined diversity probability <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as given below:</p>
<p>For each <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> generate a random number <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for each dimension <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> choose a random solution <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and update off-spring as:
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>Step 6</italic>. Evaluate all off-springs and merge them with <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to get <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> solutions. Sort and choose the <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> best solutions to get a new population for iteration.</p>
<p><italic>Step 7</italic>. Remove duplicates, if any. Store the best solution.</p>
<p><italic>Step 8</italic>. Check termination conditions.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Results and Discussion</title>
<p>The objective function of the cervical cancer model, associated with the ESPA scheme and CCE model parameters described in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>, is solved. The optimization results are analyzed through various performance measures to validate the stability and efficiency of the proposed ESPA scheme for the cervical cancer model. These performance measures include the goodness of the optimal value of the objective function <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the consistency of the optimizer in finding near-optimal solutions, and the complexity analysis of the optimizer for solving the cervical cancer model. For this purpose, the empirical data from 20 independent runs of GA-MPC on the formulated optimization problem were recorded and analyzed case-wise.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>ESPA and CCE model parameters</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Parameter</th>
<th>Description</th>
<th>Value</th>
<th>Source</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Population size for GA-MPC algorithm</td>
<td>70</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Crossover rate of GA-MPC algorithm</td>
<td>[0.7, 0.1]</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Diversity probability of the GA-MPC algorithm</td>
<td>0.1</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Maximum number of iterations</td>
<td>1000</td>
<td>Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Order of Pad&#x00E9; approximants</td>
<td>(4, 4), (5, 5), (6, 6)</td>
<td>&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Problem dimensions</td>
<td><inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Penalty factor of penalty function</td>
<td>10<sup>6</sup></td>
<td>&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td>K</td>
<td>Number of independent optimization runs</td>
<td>20</td>
<td>&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Human birth rate</td>
<td>0.1</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Death rate of the human population</td>
<td>0.1</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Women&#x2019;s probability of catching HPV infection</td>
<td>0.6, 1.6</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Women&#x2019;s death probability from cervical cancer</td>
<td>0.7</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Singularity tolerance parameter</td>
<td>0.01</td>
<td>Assumed</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Optimization Results</title>
<p>The CCE nonlinear model, defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eqs. (1)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>, is solved using the proposed ESPA scheme, and its performance is analyzed in this subsection. The model follows the specified initial conditions:
<disp-formula id="ueqn-22110"><mml:math id="mml-ueqn-22110" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.65</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>The approximate solutions obtained through the ESPA scheme for the CCE nonlinear model at the Disease-Free Equilibrium (DFE) and Endemic Equilibrium (EE) are introduced in closed-form expressions with optimized coefficients. The results from 20 independent runs of the GA-MPC algorithm are also analyzed through merit indices of statistical analysis to evaluate the performance accurately. The designed global optimization problems for the CCE nonlinear model, based on (4, 4), (5, 5), and (6, 6) orders of Pad&#x00E9; approximants, are solved by the GA-MPC algorithm as per the procedural steps given in <xref ref-type="sec" rid="s3_4">Subsection 3.4</xref>.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref> exhibits the final best minimized and the mean values of <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> over 20 independent runs, considering parameter settings at DFE and EE points. The components of <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref> show the convergence curves of the best run and iterative means of all 20 optimization runs for the DFE point.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Best and mean minimum values of</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-2.tif"/>
</fig><fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>The best and mean convergence curves of optimization results at DFE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-3.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref> presents the convergence curves of the simulation run about the best optimum value and the mean of all optimization runs at the DFE point.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref> indicates that for the DFE point, the final best values of the objective function <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> with orders (4, 4), (5, 5), and (6, 6) of approximants remain lower than <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>&#x2013;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> whereas the mean of all final values of the objective function &#x03C8; remains slightly higher but very close to <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>&#x2013;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for all considered cases.</p>
<p>Similarly, for the EE point, <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> shows that the final best values of the objective function <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> with orders (4, 4), (5, 5), and (6, 6) of approximants lie well below the value of <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>&#x2013;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> whereas the mean values for orders (4, 4) and (5, 5) are less than <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>&#x2013;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The mean value for the order (6, 6) is slightly higher but in close vicinity to <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>&#x2013;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Such closeness in the best and mean values of the objective function leads to small standard deviations, indicating that the optimizer is numerically consistent in optimizing the objective function associated with the CCE model.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>The best and mean convergence curves of optimization results at EE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-4.tif"/>
</fig>
<p>A detailed analysis of the results obtained by the ESPA scheme is now presented. The performance of GA-MPC is compared against two state-of-the-art algorithms: Differential Evolution (DE) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>] and Particle Swarm Optimization (PSO) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>], to assess its efficacy within the ESPA scheme. This evaluation benchmarks the relative efficiency of GA-MPC across various scenarios of different Pad&#x00E9; approximants for both points of equilibrium. All competing algorithms are allotted a population size of 50 and an equal number (1000) of iterations for uniformity. This extended statistical analysis assumes Pad&#x00E9; approximant orders of 4, 5, 6, 8, and 10 for disease-free and endemic equilibria, yielding ten subproblems in the ESPA framework. The following normalized objective function value is used at each iteration for clarity:
</p>
<disp-formula id="ueqn-2213"><mml:math id="mml-ueqn-2213" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>
<p>For one hundred mutually independent runs, the minimization of normalized functions <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is carried out using three competing algorithms: GA-MPC, DE, and PSO. Each algorithm&#x2019;s final values for each subproblem are noted, and <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref> displays the best mean and standard deviation (Std) valuesThe best values found by GA-MPC, which are more accurate than those found by DE and PSO, fall within the interval [3.5E-10, 7.4E-09] for all subproblems at the DFE point. Furthermore, the GA-MPC&#x2019;s mean values, which vary from 5.0E-09 to 2.3E-08, are still superior to DE and PSO&#x2019;s best results. The uniform performance of the suggested approach for all orders of Pad&#x00E9; approximants is demonstrated by low standard deviations. The best values for the EE point that GA-MPC has discovered are approximately 1.1E-09 for both higher and lower orders of Pad&#x00E9; approximants. Conversely, higher orders of approximants have a detrimental impact on DE and PSO values. Typically, the GA-MPC algorithm yields more precise results than the DE and PSO algorithms.</p>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Statistical analysis of the final <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values over 100 runs</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th rowspan="2">Steady<break/>state</th>
<th rowspan="2">Order</th>
<th colspan="3" align="center">GA-MPC</th>
<th colspan="3" align="center">DE</th>
<th colspan="3" align="center">PSO</th>
</tr>
<tr>
<th>Best</th>
<th>Mean</th>
<th>Std</th>
<th>Best</th>
<th>Mean</th>
<th>Std</th>
<th>Best</th>
<th>Mean</th>
<th>Std</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td rowspan="5">DFE</td>
<td>4</td>
<td>7.3E-09</td>
<td>1.7E-08</td>
<td>6.6E-09</td>
<td>5.7E-07</td>
<td>1.4E-05</td>
<td>2.5E-05</td>
<td>6.7E-06</td>
<td>1.8E-04</td>
<td>4.0E-04</td>
</tr>
<tr>
<td>5</td>
<td>1.0E-09</td>
<td>9.4E-09</td>
<td>4.9E-09</td>
<td>1.7E-06</td>
<td>6.5E-06</td>
<td>3.8E-06</td>
<td>1.1E-05</td>
<td>5.5E-05</td>
<td>4.4E-05</td>
</tr>
<tr>
<td>6</td>
<td>9.7E-10</td>
<td>5.0E-09</td>
<td>3.1E-09</td>
<td>3.9E-06</td>
<td>1.5E-05</td>
<td>1.4E-05</td>
<td>1.8E-05</td>
<td>9.9E-05</td>
<td>1.1E-04</td>
</tr>
<tr>
<td>8</td>
<td>3.6E-10</td>
<td>7.4E-09</td>
<td>9.1E-09</td>
<td>1.6E-06</td>
<td>6.5E-06</td>
<td>1.2E-04</td>
<td>1.3E-05</td>
<td>4.0E-04</td>
<td>6.0E-04</td>
</tr>
<tr>
<td>10</td>
<td>1.9E-09</td>
<td>2.3E-08</td>
<td>2.6E-08</td>
<td>2.2E-06</td>
<td>8.9E-04</td>
<td>2.7E-03</td>
<td>2.9E-05</td>
<td>2.4E-03</td>
<td>6.8E-03</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="5">EE</td>
<td>4</td>
<td>7.7E-09</td>
<td>1.9E-08</td>
<td>7.3E-09</td>
<td>1.5E-06</td>
<td>2.8E-05</td>
<td>4.5E-05</td>
<td>6.7E-06</td>
<td>3.1E-04</td>
<td>7.1E-04</td>
</tr>
<tr>
<td>5</td>
<td>7.5E-09</td>
<td>1.4E-08</td>
<td>4.7E-09</td>
<td>2.8E-06</td>
<td>1.5E-05</td>
<td>1.0E-05</td>
<td>2.1E-05</td>
<td>1.0E-04</td>
<td>6.6E-05</td>
</tr>
<tr>
<td>6</td>
<td>1.3E-09</td>
<td>6.3E-09</td>
<td>3.3E-09</td>
<td>5.2E-06</td>
<td>2.9E-05</td>
<td>3.1E-05</td>
<td>4.8E-05</td>
<td>4.2E-04</td>
<td>5.9E-04</td>
</tr>
<tr>
<td>8</td>
<td>2.0E-09</td>
<td>1.5E-08</td>
<td>1.9E-08</td>
<td>6.6E-06</td>
<td>1.7E-04</td>
<td>2.9E-04</td>
<td>4.7E-05</td>
<td>9.9E-04</td>
<td>1.3E-03</td>
</tr>
<tr>
<td>10</td>
<td>3.7E-09</td>
<td>3.8E-08</td>
<td>3.7E-08</td>
<td>1.2E-05</td>
<td>1.5E-03</td>
<td>4.5E-03</td>
<td>1.0E-04</td>
<td>3.1E-03</td>
<td>6.8E-03</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Convergence Analysis</title>
<p>The closed-form approximate solutions with optimized coefficients for the CCE model at the DFE point are given below in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eqs. (22)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">(30)</xref>. The convergence curves presented in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-7">7 </xref>describe that the curves of susceptible <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, HPV-infected <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and HPV infectious <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> converge towards the disease-free equilibrium point <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The values of model parameters are set so that the primary reproductive number is maintained as <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> point. The convergence speed of state variables with (4, 4), (5, 5), and (6, 6) orders of approximations can be matched via <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-7">7</xref>.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Behavior of susceptible population at DFE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-5.tif"/>
</fig><fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Dynamics of HPV infected population at DFE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-6.tif"/>
</fig><fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Dynamics of HPV infectious population at DFE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-7.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.65</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.401</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>53.63</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12.49</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.46</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.63</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>81.84</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12.63</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.46</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>51.00</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>24.59</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.20</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.20</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>204.45</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>293.69</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>113.90</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>121.70</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>144.80</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>318.96</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1.54</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>7.36</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1446.26</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1006.61</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>131.08</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>29.40</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.65</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>89.97</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>42.66</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>227.47</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>113.80</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12.68</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>138.54</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>40.14</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>434.56</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>112.78</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12.68</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>57.46</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>558.66</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>831.86</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5.42</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>230.21</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>8624.20</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>996.65</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9817.35</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>8225.81</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>66.56</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>73.62</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>701.91</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3.54</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4.56</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>664.38</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>777.47</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4632.15</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>226.96</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>77.13</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.65</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>63.60</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>175.94</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2735.40</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1038.47</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>42.25</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>107.34</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>97.94</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>245.44</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4080.91</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2274.90</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>36.21</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>107.34</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>21.13</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>21.54</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>183.96</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>36.05</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.02</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>01</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.41</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>84.82</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>130.97</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>683.90</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1115.62</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>650.61</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>572.4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>38.31</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>120.19</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>494.70</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>732.95</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3.55</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>5.12</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>381.87</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1386.30</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1522.54</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4797.92</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>811.89</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>138.40</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the limiting property of Pad&#x00E9; approximation described in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref>, it is observed that the solutions of the CCE model found by the ESPA scheme converge to the DFE point for all considered orders of approximants, i.e., <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>.
<disp-formula id="ueqn-34"><mml:math id="mml-ueqn-34" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.46211</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.46214</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>12.68036</mml:mn><mml:mn>12.680451</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>107.3400</mml:mn><mml:mn>107.3401</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-35"><mml:math id="mml-ueqn-35" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1.20</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>121.70</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>0.02463753</mml:mn><mml:mn>8225.8088</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1.41</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>572.4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-36"><mml:math id="mml-ueqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7.36</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>29.40</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4.56</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>77.133309</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5.12</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>138.40</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The closed-form approximate solutions with optimized coefficients for the CCE model at the EE point are given below in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eqs. (31)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-39">(39)</xref>.</p>
<p>The convergence curves presented in <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Figs. 8</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-10">10</xref> describe that the curves of susceptible <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, HPV-infected <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and HPV infectious <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> converge towards the disease-free equilibrium point. Moreover, the convergence of state variables to the exact EE point can be noticed from the <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Figs. 9</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-11">11</xref>. The values of model parameters are set so that the basic reproductive number is maintained as <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> EE point. The convergence speed of state variables can be matched from the <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Figs. 9</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-11">11</xref>.</p>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Dynamics of the susceptible population at EE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-8.tif"/>
</fig><fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Dynamics of HPV infected population at EE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-9.tif"/>
</fig><fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>Dynamics of HPV infectious population at EE</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-10.tif"/>
</fig><fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<title>Convergence curves of approximations in comparison with exact function</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46923-fig-11.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>66.88</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4.72</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>8.40</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12.21</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>103.24</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>32.39</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>16.62</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>24.42</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>37.18</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>39.66</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2.01</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4.84</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>148.49</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>161.14</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>34.89</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>77.41</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>52.48</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>142.49</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>15.85</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>13.60</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>523.11</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>278.79</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>35.97</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>31.08</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.09</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>947.78</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>29.11</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>11.03</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>5.10</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.56</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1391.32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>255.98</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>21.18</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>10.20</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3.13</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>341.20</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>182.52</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3.90</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3.44</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12.23</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3560.91</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1259.34</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>74.47</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>55.09</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>24.95</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>16.95</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>408.81</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>35.67</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>54.991</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>247.80</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>315.34</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2906.23</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>72.73</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>125.68</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>7.58</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>592.08</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>622.51</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>111.78</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>15.91</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>10.78</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>11.32</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1322.83</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1596.22</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>640.71</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>29.75</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>21.56</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>5.93</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>241.62</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>106.68</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>61.20</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3.67</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4.65</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>23.45</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1093.23</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>283.67</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>105.27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>64.49</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>74.46</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>13.80</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>45.53</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>68.10</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>75.55</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>29.47</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>40.54</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>129.27</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>307.38</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>219.63</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>406.58</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>65.95</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>92.67</mml:mn><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>The convergence is obtained for solutions at EE point <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.062501</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.4375</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as below:
<disp-formula id="ueqn-46"><mml:math id="mml-ueqn-46" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>S</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>12.20782258</mml:mn><mml:mn>24.41560563</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>5.100320325</mml:mn><mml:mn>10.20021098</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>10.78038734</mml:mn><mml:mn>21.56079381</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-47"><mml:math id="mml-ueqn-47" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4.837940914</mml:mn><mml:mn>77.40595419</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>3.444352738</mml:mn><mml:mn>55.08996583</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4.65364922</mml:mn><mml:mn>74.4554758</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-48"><mml:math id="mml-ueqn-48" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x005F;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>13.59757588</mml:mn><mml:mn>31.08020521</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>54.98562991</mml:mn><mml:mn>125.6762732</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>40.54131096</mml:mn><mml:mn>92.66618772</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s4_3">
<label>4.3</label>
<title>Positivity Analysis</title>
<p>The proposed ESPA scheme incorporates a positivity condition within the definition of the penalty function. However, a formal proof is presented as follows.</p>
<p>Suppose that GA-MPC returns an optimal solution <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> upon termination. Since in all of the results, <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is non-negative, it proceed as follows:</p>
<p>Consider at any iteration <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the best solution be <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> defined by:
<disp-formula id="ueqn-49"><mml:math id="mml-ueqn-49" display="block"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-50"><mml:math id="mml-ueqn-50" display="block"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>With the following inductions:
<disp-formula id="ueqn-51"><mml:math id="mml-ueqn-51" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-52"><mml:math id="mml-ueqn-52" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-53"><mml:math id="mml-ueqn-53" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-54"><mml:math id="mml-ueqn-54" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The positivity of solutions is ensured through the penalty function <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This study supposes that <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> that means <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is negative. Then, <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is optimal solution satisfies the following condition:
<disp-formula id="ueqn-55"><mml:math id="mml-ueqn-55" display="block"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-56"><mml:math id="mml-ueqn-56" display="block"><mml:mo stretchy="false">&#x21D2;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-57"><mml:math id="mml-ueqn-57" display="block"><mml:mo stretchy="false">&#x21D2;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Embedding the non-negativity of each <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at each iteration in the above inequality, then:
<disp-formula id="ueqn-58"><mml:math id="mml-ueqn-58" display="block"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-59"><mml:math id="mml-ueqn-59" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-60"><mml:math id="mml-ueqn-60" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-66"><mml:math id="mml-ueqn-66" display="block"><mml:mo stretchy="false">&#x21D2;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p>This proves the positivity of <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for large values of penalty factor <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> On similar lines, it can also establish the positivity of <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4C5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Consequently, it is concluded that the EPA scheme finds positive solutions with sufficiently large choices of penalty factors.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Validating ESPA Scheme</title>
<p>The section explains the rationale behind introducing the ESPA scheme to solve the CCE model. It justifies the utilization of MPC-GA in the ESPA framework and why non-singular Pad&#x00E9; rational functions are preferred over alternative techniques for approximating CCE physical profiles. In addition, it emphasizes the significant advantages of the ESPA scheme over conventional semi-analytical and finite difference approaches.</p>
<sec id="s5_1">
<label>5.1</label>
<title>Opting Safe Pad&#x00E9; Approximations</title>
<p>Pad&#x00E9; rational functions have several advantages over other approximation functions, especially the polynomials of finite degrees. Some points are listed below:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>The primary benefit of using safe Pad&#x00E9; approximations is that it yields a rational approximation of the solution free of singularities.</p></list-item>
<list-item>
<p>The unbounded Taylor series solutions that are produced by semi-analytical techniques such as the homotopy analysis method (HAM) and optimized homotopy analysis method (OHAM) limit their applicability to CCE models having steady-state conditions. On the other hand, Pad&#x00E9; rational functions with few optimal coefficients can converge to steady states. <xref ref-type="sec" rid="s4_2">Subsections 4.2</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s4_3">4.3</xref> detail how this part of the underlying problem is theoretically established.</p></list-item>
<list-item>
<p>Selecting Pad&#x00E9; approximation over methods with truncated Taylor series because the truncated series can diverge from the exact solution. On the other hand, low order Pad&#x00E9; functions approximate higher-degree truncated Taylor series. Yamada et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>] highlighted this behavior using a counter-example. The example presents a test function <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> as a discontinuity, truncated Taylor&#x2019;s series of order four <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and Pad&#x00E9; approximation <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is described as follows:</p></list-item>
</list>
<disp-formula id="ueqn-61"><mml:math id="mml-ueqn-61" display="block"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-62"><mml:math id="mml-ueqn-62" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>5</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-63"><mml:math id="mml-ueqn-63" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11</xref> shows the graphs of <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The truncated approximation <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> agrees with <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> until <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and then deviates from the actual function when <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The Pad&#x00E9; rational approximation <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> high precession, on the other hand, approximates the actual function well beyond <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This specific example encourages using Pad&#x00E9; approximations over other approximation functions to maintain approximation accuracy over a larger radius.
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>Safe Pad&#x00E9; rational functions also have advantages such as better convergence, safeguarding of analytic properties, effective approximation using fewer terms, and operative management of sharp gradients. These traits augment the applicability and flexibility of safe Pad&#x00E9; approximations across a broad range of complex problems.</p></list-item>
</list></p>
</sec>
<sec id="s5_2">
<label>5.2</label>
<title>Advantages of ESPA Scheme</title>
<p>The ESPA scheme has some advantages over existing methods for the following reasons:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>The primary advantage of the ESPA scheme over existing methods for CCE-type models is its analytical properties in dealing with steady-state situations.</p></list-item>
<list-item>
<p>Equations of the CCE model immediately lead to the analytical determination of steady states, which are obtained automatically by the ESPA scheme through the optimization process. On the other hand, classical approaches, such as the Euler&#x2019;s method, 4th Order Runge Kutta method (RK4), shooting method, and other numerical schemes, begin with CCE initial conditions and largely depend on discretization step lengths. They do not have the theoretical information about the steady states of the CCE model and so can diverge for larger step lengths. The ESPA system, on the other hand, is not dependent on discretization steps and provides convergence to accurate steady states by utilizing theoretical information. These facts make the EPA program a better option than traditional techniques.</p></list-item>
<list-item>
<p>The ESPA framework runs without the need for linearization of nonlinear terms within the model, avoiding linearization errors. Therefore, the ESPA technique is preferable over linearization-dependent methods.</p></list-item>
<list-item>
<p>The ESPA scheme combines mathematical techniques with artificial intelligence, complementing artificial intelligence approaches in dealing with epidemiological models, particularly artificial neural networks (ANNs). Unlike ANNs, which face issues such as overfitting and interpreting opaque predictions due to their reliance on training data, the ESPA approach is a direct solver unaffected by such data dependencies.</p></list-item>
</list></p>
<p>ESPA shows remarkable performance in the present CCE model and is expected to be a suitable alternative for similar models of fractional order [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>] as well as integer [<xref ref-type="bibr" rid="ref-49">49</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-52">52</xref>] orders in epidemiology and image processing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-53">53</xref>]. Despite its remarkable performance on the underlying model, it is important to highlight that each approach has limits in real-world applications when comparing alternative ways alongside the ESPA scheme. This emphasizes the need for more numerical techniques. Like other methods, when applying ESPA to a problem of a different character, careful thought is essential, especially when working with many governing equations.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Conclusions and Article Novelty</title>
<p>This study proposes an evolutionary computational paradigm for computing the closed-form approximate solution of the HPV cervical cancer model. The proposed scheme employs an optimized non-singular Pad&#x00E9; approximation to analyze the extinction and prevalence of HPV infection in the human population. The computed equilibrium points are analytically and numerically verified. From the results obtained in the last section, it can be concluded that:
<list list-type="roman-lower">
<list-item>
<p>The proposed ESPA scheme is independent of discretization step length. Due to non-zero singularity tolerance, the solution for one assumed step length is valid for several other choices.</p></list-item>
<list-item>
<p>Once the optimized values of unknown coefficients are computed, the ESPA scheme converges to steady states unconditionally.</p></list-item>
<list-item>
<p>A new concept of handling the positivity and boundedness of the model through a penalty function has been proposed and implemented successfully.</p></list-item>
<list-item>
<p>This study also provides a new idea of combining non-singular analytical rational functions and a powerful evolutionary computing technique for finding closed-form solutions of the CCE model.</p></list-item>
</list></p>
<p>This study opens several research directions in epidemiology and soft computing. For example, Pad&#x00E9; approximants of orders (4, 4), (5, 5), and (6, 6) were used, giving rise to 27-, 33-, and 39-dimensional optimization problems, respectively, to be solved by the GA-MPC algorithm. The extended statistical analysis showed that the scalability of GA-MPC enables the ESPA scheme to find accurate solutions with even higher orders of Pad&#x00E9; approximants. For future studies, the proposed scheme can be extended to investigate the optimal order of approximations for the epidemic model. Another dimension is to explore the computational excellence of global search optimization algorithms in solving high-dimensional optimization problems formulated for epidemiological models. The next direction is to extend the ESPA scheme to fractional, stochastic, delayed, and fuzzy epidemiological models. Finally, the proposed paradigm can be applied to boundary value problems, especially fluid dynamics models involving infinite boundary conditions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>Not applicable.</p>
</ack>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>The authors received no specific funding for this study.</p>
</sec>
<sec><title>Author Contributions</title>
<p>The authors confirm their contribution to the paper as follows: study conception and design: A. Ciancio, J. Ali; data collection: K. A. Khan, N. Raza; analysis and interpretation of results: H. M. Baskonus, M. Luqman; draft manuscript preparation: Z. U. Khan. All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability"><title>Availability of Data and Materials</title>
<p>All data that support the findings of this study are included within the article.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement"><title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hammer</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rositch</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qeadan</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gravitt</surname>, <given-names>P. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Blaakaer</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Age-specific prevalence of HPV16/18 genotypes in cervical cancer: A systematic review and meta-analysis</article-title>. <source>International Journal of Cancer</source><italic>,</italic> <volume>138</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>2795</fpage>&#x2013;<lpage>2803</lpage>; <pub-id pub-id-type="pmid">26661889</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wentzensen</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arbyn</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Berkhof</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bower</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Canfell</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>How HPV knowledge is changing screening practice</article-title>. <source>International Journal of Cancer</source><italic>,</italic> <volume>140</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>2192</fpage>&#x2013;<lpage>2200</lpage>; <pub-id pub-id-type="pmid">28006858</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>P. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kwan</surname>, <given-names>T. T. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tam</surname>, <given-names>K. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chan</surname>, <given-names>K. K. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Young</surname>, <given-names>P. M. C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Beliefs about cervical cancer and human papillomavirus and acceptability of HPV vaccination among Chinese women in Hong Kong</article-title>. <source>Preventive Medicine Journal</source><italic>,</italic> <volume>45</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>130</fpage>&#x2013;<lpage>134</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Godfrey</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Harper</surname>, <given-names>M. D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Discusses the HPV vaccine and prevention of cervical cancer</article-title>. <source>Journal of Women&#x2019;s Health</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>139</fpage>&#x2013;<lpage>1401</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gillison</surname>, <given-names>M. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chaturvedi</surname>, <given-names>A. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lowy</surname>, <given-names>D. R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>HPV prophylactic vaccines and the potential prevention of noncervical cancers in both men and women</article-title>. <source>European Journal of Cancer Supplements</source><italic>,</italic> <volume>13</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>3036</fpage>&#x2013;<lpage>3046</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Herbert</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Janis</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Reducing patient risk for human papillomavirus infection and cervical cancer</article-title>. <source>Journal of American Osteopathic Association</source><italic>,</italic> <volume>108</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>65</fpage>&#x2013;<lpage>70</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Muller</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bauch</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>When do sexual partnerships need to be accounted for in transmission models of human papillomavirus</article-title>. <source>International Journal of Environmental Research and Public Health</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>635</fpage>&#x2013; <lpage>650</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chaturvedi</surname>, <given-names>A. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Engels</surname>, <given-names>E. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pfeiffer</surname>, <given-names>R. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hernandez</surname>, <given-names>B. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Human papillomavirus and rising or pharyngeal cancer incidence in the United States</article-title>. <source>Journal of Clinical Oncology</source><italic>,</italic> <volume>29</volume><italic>(</italic><issue>32</issue><italic>),</italic> <fpage>4294</fpage>&#x2013;<lpage>4301</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1200/JCO.2011.36.4596</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">21969503</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Abodayeh</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Raza</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bibi</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Stochastic numerical analysis for impact of heavy alcohol consumption on transmission dynamics of gonorrhoea epidemic</article-title>. <source>Computers, Materials &#x0026; Continua</source><italic>,</italic> <volume>62</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>1125</fpage>&#x2013;<lpage>1142</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmc.2020.08885</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Giuliano</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nyitray</surname>, <given-names>A. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kreimer</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Campbell</surname>, <given-names>C. M. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goodman</surname>, <given-names>M. T.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>EUROGIN 2014 roadmap: Differences in human papillomavirus infection natural history transmission and human papillomavirus-related cancer incidence by gender and anatomic site of infection</article-title>. <source>International Journal of Cancer</source><italic>,</italic> <volume>136</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>2752</fpage>&#x2013;<lpage>2760</lpage>; <pub-id pub-id-type="pmid">25043222</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Saslow</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Solomon</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lawson</surname>, <given-names>H. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Killackey</surname>, <given-names>M. D. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kulasingam</surname>, <given-names>S. L.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>American society for colposcopy and cervical pathology, and American society for clinical pathology screening guidelines for the prevention and early detection of cervical cancer</article-title>. <source>American Journal of Clinical Pathology</source><italic>,</italic> <volume>137</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>516</fpage>&#x2013;<lpage>542</lpage>; <pub-id pub-id-type="pmid">22431528</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mesher</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cuschieri</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hibbitts</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jamison</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sargent</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Type-specific HPV prevalence in invasive cervical cancer in the UK prior to national HPV immunization programme baseline for monitoring the effects of immunisation</article-title>. <source>Journal of Clinical Pathology</source><italic>,</italic> <volume>68</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>135</fpage>&#x2013;<lpage>140</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1136/jclinpath-2014-202681</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">25410654</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Radecki</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pearson</surname>, <given-names>H. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Breltkopf</surname>, <given-names>M. D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Poor knowledge regarding the pap test among low-income women undergoing routine screening</article-title>. <source>Perspectives on Sexual and Reproductive Health</source><italic>,</italic> <volume>35</volume><italic>(</italic><issue>22</issue><italic>),</italic> <fpage>78</fpage>&#x2013;<lpage>84</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Winer</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hughes</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Condom use and the risk of genital human papillomavirus infection in young women</article-title>. <source>New England Journal of Medicine</source><italic>,</italic> <volume>354</volume><italic>(</italic><issue>26</issue><italic>),</italic> <fpage>45</fpage>&#x2013;<lpage>54</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Raley</surname>, <given-names>J. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Followwill</surname>, <given-names>K. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zimet</surname>, <given-names>G. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ault</surname>, <given-names>K. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Gynecologists attitudes regarding human papilloma virus vaccination: A survey of fellows of the American college of obstetricians and gynecologists</article-title>. <source>Infectious Diseases in Obstetrics and Gynecology</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>127</fpage>&#x2013;<lpage>133</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pham</surname>, <given-names>T. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nguyen</surname>, <given-names>T. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Herrero</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Human papillomavirus infection among women in south and north Vietnam</article-title>. <source>International Journal of Cancer</source><italic>,</italic> <volume>104</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>213</fpage>&#x2013;<lpage>220</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/ijc.v104:2</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>McCaffrey</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Forrest</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Waller</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Desai</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Szarwski</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Attitudes towards HPV testing: A qualitative study of beliefs among Indian, Pakistani, African, Caribean and white British women in the UK</article-title>. <source>British Journal of Cancer</source><italic>,</italic> <volume>88</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>42</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/sj.bjc.6600686</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">12556957</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Clifford</surname>, <given-names>G. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Smith</surname>, <given-names>J. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Plummer</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Munoz</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Franceschi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Human papillomavirus types in invasive cervical cancer worldwide: A meta-analysis</article-title>. <source>British Journal of Cancer</source><italic>,</italic> <volume>88</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>63</fpage>&#x2013;<lpage>73</lpage>; <pub-id pub-id-type="pmid">12556961</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Collins</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mazloomzadeh</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Winter</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>High incidence of cervical human papillomavirus infection in women during their first sexual relationship</article-title>. <source>British Journal of Obstetrics and Gynaecology</source><italic>,</italic> <volume>109</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>96</fpage>&#x2013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/bjo.2002.109.issue-1</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mandelblatt</surname>, <given-names>J. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lawrence</surname>, <given-names>W. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Womack</surname>, <given-names>S. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jacobson</surname>, <given-names>D. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hwang</surname>, <given-names>T. Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Benefits and costs of using HPV testing to screen for cervical cancer</article-title>. <source>Journal of American Medical Association</source><italic>,</italic> <volume>287</volume><italic>(</italic><issue>23</issue><italic>),</italic> <fpage>72</fpage>&#x2013;<lpage>81</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hausen</surname>, <given-names>H. Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Papillomaviruses causing cancer evasion from host-cell control in early events in carcinogenesis</article-title>. <source>Journal of National Cancer Institute</source><italic>,</italic> <volume>96</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>690</fpage>&#x2013;<lpage>698</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bierman</surname>, <given-names>G. Y. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Beardsley</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chang</surname>, <given-names>C. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Burk</surname>, <given-names>R. D.</given-names></string-name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Natural history of cervical-vaginal papillomavirus infection in young women</article-title>. <source>The New England Journal of Medicine</source><italic>,</italic> <volume>338</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>423</fpage>&#x2013;<lpage>428</lpage>; <pub-id pub-id-type="pmid">9459645</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Walboomers</surname>, <given-names>J. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jacobs</surname>, <given-names>M. V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Manos</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bosch</surname>, <given-names>F. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kummer</surname>, <given-names>J. A.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Human papillomavirus is a necessary cause of invasive cervical cancer worldwide</article-title>. <source>The Journal of Pathology</source><italic>,</italic> <volume>189</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>12</fpage>&#x2013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(ISSN)1096-9896</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Raza</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A reliable numerical analysis for stochastic gonorrhea epidemic model with treatment effect</article-title>. <source>International Journal of Biomathematics</source><italic>,</italic> <volume>12</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>445</fpage>&#x2013;<lpage>465</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Riaz</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Awrejcewicz</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Numerical analysis of a bi-modal COVID-19 sitr model</article-title>. <source>Alexandria Engineering Journal</source><italic>,</italic> <volume>61</volume><italic>,</italic> <fpage>227</fpage>&#x2013;<lpage>235</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2021.04.102</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kennedy</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Eberhart</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Particle swarm optimization</article-title>. <conf-name>IEEE International Conference on Neural Networks</conf-name>, pp. <fpage>1942</fpage>&#x2013;<lpage>1948</lpage>. <publisher-loc>Perth, WA, Austrailia</publisher-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Storn</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Price</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Differential evolution&#x2014;A simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces</article-title>. <source>Journal of Global Optimization</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>,</italic> <fpage>341</fpage>&#x2013;<lpage>359</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1008202821328</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saeed</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tabassam</surname>, <given-names>M. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iqbal</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Controlled showering optimization algorithm: An intelligent tool for decision making in global optimization</article-title>. <source>Computational and Mathematical Organization Theory</source><italic>,</italic> <volume>25</volume><italic>,</italic> <fpage>132</fpage>&#x2013;<lpage>164</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10588-019-09293-6</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Karaboga</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Basturk</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>A powerful and efficient algorithm for numerical function optimization: Artificial bee colony (ABC) algorithm</article-title>. <source>Journal of Global Optimization</source><italic>,</italic> <volume>39</volume><italic>,</italic> <fpage>459</fpage>&#x2013;<lpage>471</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10898-007-9149-x</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rao</surname>, <given-names>R. V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Savsani</surname>, <given-names>V. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vakharia</surname>, <given-names>D. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Teaching-learning-based optimization: A novel method for constrained mechanical design optimization problems</article-title>. <source>Computer-Aided Design</source><italic>,</italic> <volume>43</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>303</fpage>&#x2013;<lpage>315</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cad.2010.12.015</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bangyal</surname>, <given-names>W. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmad</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abbas</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Analysis of learning rate using CPN algorithm for hand written character recognition application</article-title>. <source>IACSIT International Journal of Engineering and Technology</source><italic>,</italic> <volume>5</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>87</fpage>&#x2013;<lpage>190</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ashraf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bangyal</surname>, <given-names>W. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iqbal</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Analysis of brain imaging data for the detection of early age autism spectrum disorder using transfer learning approaches for internet of things</article-title>. <source>IEEE Transactions on Consumer Electronics</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>4478</fpage>&#x2013;<lpage>4489</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCE.2023.3328479</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saeed</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iqbal</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Numerical treatment of nonlinear model of virus propagation in computer networks: An innovative evolutionary Pad&#x00E9; approximation scheme</article-title>. <source>Advances in Differential Equations</source><italic>,</italic> <volume>2018</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nisar</surname>, <given-names>K. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mahmood</surname>, <given-names>M. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmad</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Hybrid evolutionary Pad&#x00E9; approximation approach for numerical treatment of nonlinear partial differential equations</article-title>. <source>Alexandria Engineering Journal</source><italic>,</italic> <volume>60</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>4411</fpage>&#x2013;<lpage>4421</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2021.03.030</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Raja</surname>, <given-names>M. A. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shoaib</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tabassum</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jagannatha</surname>, <given-names>C. G.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A stochastic intelligent approach for entropy optimized mixed convective second-order slip flow over a movable surface</article-title>. <source>Archive of Applied Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>92</volume><italic>,</italic> <fpage>2435</fpage>&#x2013;<lpage>2454</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00419-022-02187-1</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Eiben</surname>, <given-names>A. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rau</surname>, <given-names>P. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ruttkay</surname>, <given-names>Z. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>Genetic algorithms with multi-parent recombination</article-title>. <conf-name>Proceedings of the Parallel Problem Solving from Nature&#x2014;PPSN III</conf-name>, pp. <fpage>78</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. <publisher-loc>Jerusalem, Israel</publisher-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Riaz</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Atangana</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saeed</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <source>Evolutionary modelling of dengue fever with incubation period of virus, mathematical modelling and soft computing in epidemiology</source>, pp. <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. <publisher-loc>Boca Raton, Florida, USA</publisher-loc>: <publisher-name>CRC Press, Taylor &#x0026; Francis
Group</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Raza</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmed</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmadian</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Evolutionary optimized Pad&#x00E9; approximation scheme for analysis of COVID-19 model with crowding effect</article-title>. <source>Operations Research Perspectives</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>,</italic> <fpage>100201</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Basendwah</surname>, <given-names>G. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Raza</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Evolutionary Pad&#x00E9; approximation for heat and mass transfer analysis of Falkner-Skan flow of a bio-convective casson fluid</article-title>. <source>Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Raza</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alrowaili</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmed</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Design of computer methods for the solution of cervical cancer epidemic model</article-title>. <source>Computers, Materials &#x0026; Continua</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1649</fpage>&#x2013;<lpage>1666</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmc.2022.019148</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pad&#x00E8;</surname>, <given-names>H. E.</given-names></string-name></person-group> (<year>1892</year>). <article-title>Sur la representation approch&#x00E8;e d&#x2019;une fonction par des fractions rationnelles</article-title>. <source>Annales Scientifiques De l&#x2019;&#x00C9;cole Normale Sup&#x00E9;rieure</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Baker</surname>, <given-names>G. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>1975</year>). <source>Essentials of Pad&#x00E9; approximants</source>. <publisher-loc>New York, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>43.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Elsayed</surname>, <given-names>S. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sarker</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Essam</surname>, <given-names>D. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>GA with a new multi-parent crossover for solving IEEE-CEC2011 competition problems</article-title>. <source>IEEE Congress of Evolutionary Computation (CEC)</source><italic>,</italic> pp. <fpage>1034</fpage>&#x2013;<lpage>1040</lpage>. <comment>New Orleans, LA, USA</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>44.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Akgul</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmed</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Raza</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iqbal</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A fractal fractional model for cervical cancer due to human papillomavirus infection</article-title>. <source>Fractals</source><italic>,</italic> <volume>29</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>2140015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218348X21400156</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>45.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yamada</surname>, <given-names>M. H. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ikeda</surname>, <given-names>K. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>A numerical test of Pad&#x00E9; approximation for some functions with singularity</article-title>. <source>International Journal of Computational Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>2014</volume>, <fpage>587430</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>46.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jafari</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goswami</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dubey</surname>, <given-names>R. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sharma</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chaudhary</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Fractional SIZR model of Zombie infection</article-title>. <source>International Journal of Mathematics and Computer in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>91</fpage>&#x2013;<lpage>104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2478/ijmce-2023-0007</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>47.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dubey</surname>, <given-names>R. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goswami</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baskonus</surname>, <given-names>H. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gomati</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>On the existence and uniqueness analysis of fractional blood glucose-insulin minimal model</article-title>. <source>International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>2350008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S1793962323500083</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-48"><label>48.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Singh</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mishra</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gupta</surname>, <given-names>V. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Dynamical analysis of a tumor growth model under the effect of fractal fractional Caputo-Fabrizio derivative</article-title>. <source>International Journal of Mathematics and Computer in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>115</fpage>&#x2013;<lpage>126</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2478/ijmce-2023-0009</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-49"><label>49.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kavya</surname>, <given-names>K. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Veeresha</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baskonus</surname>, <given-names>H. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alsulami</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Mathematical modeling to investigate the influence of vaccination and booster doses on the spread of Omicron</article-title>. <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>130</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-50"><label>50.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sabir</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Umar</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Levenberg-Marquardt backpropagation neural network procedures for the consumption of hard water-based kidney function</article-title>. <source>International Journal of Mathematics and Computer in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>127</fpage>&#x2013;<lpage>138</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2478/ijmce-2023-0010</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-51"><label>51.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Umar</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sabir</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Raja</surname>, <given-names>M. A. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baskonus</surname>, <given-names>H. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ali</surname>, <given-names>M. R.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Heuristic computing with sequential quadratic programming for solving a nonlinear hepatitis B virus model</article-title>. <source>Mathematics and Computers in Simulation</source><italic>,</italic> <volume>212</volume><italic>,</italic> <fpage>234</fpage>&#x2013;<lpage>248</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.matcom.2023.04.034</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-52"><label>52.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>&#x0130;lhan</surname>, <given-names>&#x00D6;.</given-names></string-name>, <string-name><surname>&#x015E;ahin</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2024</year>). <article-title>A numerical approach for an epidemic SIR model via Morgan-Voyce series</article-title>. <source>International Journal of Mathematics and Computer in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>2</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>125</fpage>&#x2013;<lpage>140</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2478/ijmce-2024-0010</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-53"><label>53.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nambiar</surname>, <given-names>V. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ramamurthy</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Veeresha</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Gender determination from periocular images using deep learning based efficient net architecture</article-title>. <source>International Journal of Mathematics and Computer in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>2</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>59</fpage>&#x2013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2478/ijmce-2024-0005</pub-id></mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>