基于Petri網(wǎng)的生物系統(tǒng)建模.pdf

1、生物模型可以模擬系統(tǒng)行為，預測系統(tǒng)未知的行為和特性，從而測試生物學家提出的假設，進行一些實驗條件無法達到或非常耗時耗力的模擬實驗，它們與生物實驗相輔相承，使得生物系統(tǒng)的研究更加事半功倍。
　　目前已有的生物系統(tǒng)建模方法包括微分方程的定量建模方法、定性的建模方法、基于約束的建模方法及基于進程代數(shù)的建模方法。每一類方法都各有其利弊，本文將嘗試使用Petri網(wǎng)類方法對生物系統(tǒng)建模。
　　Petri網(wǎng)類方法既有嚴格的數(shù)學表述方式，也

2、有直觀的圖形表達方式。其中混合Petri網(wǎng)(HPN)同時具備離散和連續(xù)元素，從而能夠結合定性和定量兩種類型的建模方法。此外，Petri網(wǎng)類方法還具有并發(fā)性，這些都使得它成為生物系統(tǒng)建模的良好工具。
　　本文首先對Petri網(wǎng)在生物應用方面的幾個代表性的擴展進行了介紹，并將Petri網(wǎng)類方法應用到一個全新的領域：分子神經系統(tǒng)。神經系統(tǒng)的復雜性使其成為生物學中最難研究的課題之一。包含電化學作用的離子通道本身是神經生物學中最具特點的系統(tǒng)

3、，而腎上腺素系統(tǒng)對于很多神經功能都有調節(jié)作用，并且在所有神經遞質系統(tǒng)中非常典型。本文中，我們基于現(xiàn)有模型混合功能Petri網(wǎng)(HFPN)分別對離子通道和。腎上腺素系統(tǒng)進行了建模。模型中表明，HFPN能夠很自然地描述神經系統(tǒng)中的元素，模擬結果也和真實生物實驗的結果十分接近。進一步，我們還基于腎上腺素系統(tǒng)模型進行預測，預測結果從一定程度上可以增進我們對腎上腺素系統(tǒng)的認識。這些工作不僅開拓了Petri網(wǎng)類方法的應用領域，也嘗試了一種新的研究神

4、經系統(tǒng)行為的方法。
　　另一方面，我們對有色Petri網(wǎng)(CPN)作了擴展，引入腔室位置信息，將令牌上的顏色(單色)和其所處的腔室環(huán)境對應起來，提出樹型有色Petri網(wǎng)(CTPN)。文中給出了CTPN的形式化定義和運行規(guī)則，提出并解決了CTPN的正反問題和兼容匹配問題，并研究了它的多種活性。此外，我們還用腎上腺素系統(tǒng)的例子表明CTPN模型能夠有助于我們發(fā)現(xiàn)一些普通CPN模型無法發(fā)現(xiàn)的問題。
　　最后我們對Petri網(wǎng)類方法的