隨機(jī)擴(kuò)散模擬方法研究及CellMatlab模擬系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、現(xiàn)在生物信息學(xué)已經(jīng)成為了一門飛速發(fā)展的學(xué)科，前期研究人員注重對局部數(shù)據(jù)的處理與分析，隨著這種局部數(shù)據(jù)的增加，人們把注意力移向了更高的層次，希望從系統(tǒng)的角度來研究分析生物學(xué)，所以針對生物過程的建模模擬工具成為了人們研究的重點。
　　首先，將具有復(fù)雜性和多樣性等特點的生物過程，在計算機(jī)中直觀方便地進(jìn)行表達(dá)并且使其適用于多種模擬方法，是本論文研究的內(nèi)容之一。在很多復(fù)雜的生物過程中，存在著大量重復(fù)的簡單的反應(yīng)過程，并且還存在著反應(yīng)時間的多

2、尺度性。根據(jù)這些特點，本論文利用對象的封裝性及獨立性，改進(jìn)混合函數(shù)Petri網(wǎng)，提出了表達(dá)生物過程的面向?qū)ο蠡旌虾瘮?shù)Petri網(wǎng)(Object Oriented Hybrid Functional Petri Net)，并給出了OOHFPN的定義及相關(guān)規(guī)則。
　　其次，更加全面有效地對建立的生物過程模型進(jìn)行模擬分析，是研究的另一個主要內(nèi)容。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)生物過程存在著隨機(jī)性，并且在擴(kuò)散起重要作用的系統(tǒng)中，物質(zhì)的空間信息也很重要，本論

3、文中提出了在模擬軟件中增加隨機(jī)擴(kuò)散的模擬方法。本論文中提出的隨機(jī)擴(kuò)散模擬方法是基于Smoluchowski模型的，從分子的角度觀察系統(tǒng)中物質(zhì)的運動變化，將反應(yīng)的發(fā)生速度換算成綁定半徑，利用綁定半徑判斷分子間是否反應(yīng)，從而將重點放在分子擴(kuò)散運動上。本論文中的算法是對Smoldyn方法的一種改進(jìn)，提出用時間步來控制分子的擴(kuò)散運動及反應(yīng)的精確性，從而避免了Smoldyn中出現(xiàn)的問題。
　　而后，本論文將OOHFPN與多種模擬方法相結(jié)合，

4、包括確定的，隨機(jī)的以及隨機(jī)擴(kuò)散模擬方法，構(gòu)成了模擬軟件CellMatlab的主體。本論文利用模型視圖控制模式，根據(jù)OOHFPN的結(jié)構(gòu)設(shè)計并實現(xiàn)了CellMatlab的圖形編輯器，支持用戶以直觀方便的形式建模。另外，為了更好地與其它軟件平臺進(jìn)行交互，本論文提出并實現(xiàn)了OOHFPN與SBML之間的轉(zhuǎn)換。在后臺利用OOHFPN所提供的信息，用CellMatlab提供的多種模擬方法對其進(jìn)行模擬。
　　最后，實驗?zāi)M了大腸桿菌中質(zhì)膜表面的配