Моделирование на основе правил

Моделирование на основе правил — это подход к моделированию , в котором используется набор правил, косвенно задающих математическую модель. Набор правил можно либо преобразовать в такую ​​модель, как цепи Маркова или дифференциальные уравнения, либо обрабатывать с помощью инструментов, которые напрямую работают с набором правил вместо преобразованной модели, поскольку последняя обычно намного больше. Моделирование на основе правил особенно эффективно в тех случаях, когда набор правил значительно проще модели, которую он подразумевает, а это означает, что модель представляет собой повторное проявление ограниченного числа шаблонов. Важная область, в которой это часто случается, — это биохимические модели живых организмов. Группы взаимно соответствующих веществ подвержены взаимно соответствующим взаимодействиям.

БиоНетГен представляет собой набор программных инструментов, используемых для создания математических моделей, состоящих из обыкновенных дифференциальных уравнений, без непосредственной генерации уравнений. Например, ниже приведен пример правила в формате BioNetGen:

$A(a,a)+B(b)->A(a!1).B(b!1)$

Где:

1. A(a,a): представляет собой модельный вид A с двумя свободными сайтами связывания a.
2. B (b): представляет собой модельный вид B с одним свободным сайтом связывания.
3. A(a!1).B(b!1): представляет модельные виды, у которых по крайней мере один сайт связывания A связан с сайтом связывания B.

С помощью приведенной выше строки кода BioNetGen автоматически создаст ODE для каждого вида модели с правильным балансом массы. Кроме того, будет создан дополнительный вид, поскольку приведенное выше правило подразумевает, что две молекулы B могут связываться с одной молекулой A, поскольку существует два сайта связывания. Таким образом, будут созданы следующие виды:

4. A(a!1,a!2).B(b!1).B(b!2): Молекула A, оба сайта связывания которой заняты двумя разными молекулами B.

Для биохимических систем

Ранние попытки использовать моделирование на основе правил при моделировании биохимических систем включают системы стохастического моделирования StochSim.

Широко используемым инструментом для моделирования биохимических сетей на основе правил является BioNetGen. Он выпущен под лицензией GNU GPL , версия 3. BioNetGen включает в себя язык для описания химических веществ, включая состояния, которые они могут принимать, и связывания, которым они могут подвергаться. Эти правила можно использовать для создания модели реакционной сети или для выполнения компьютерного моделирования непосредственно на основе набора правил. В состав системы биохимического моделирования Virtual Cell входит интерпретатор BioNetGen.

Близкой альтернативой является язык каппа. Другой альтернативой является язык BioChemical Space.