基于PETRI网的生物过程模拟系统的研究

摘要

后基因组时代，如何高效地处理生物信息成为生物信息学中一个重要的研究方向；生物过程模拟——通过计算机模拟，再现生物过程——又是其中的一个研究热点。此方向的研究将在生物制药和医疗方面造福人类。
　　然而，由于生物过程的多样性和复杂性，可视化建模并模拟生物过程是十分困难的。目前，建模生物过程的主要方法是微分方程和混合函数Petri网等，现有的研究成果在模型的可视化表达、建模效率或模拟效率等方面存在一些不足。比如，用微分方程建模缺少模型的可视化表达，而且很难建模基因调控网络；用混合函数Petri网建模则可有良好的可视化表达，也可以模拟基因调控网络，但是混合函数Petri在表达清晰度和建模效率方面还存在一些不足。
　　本论文针对生物过程本身非常复杂、描述起来难度大和一些典型过程重用率高等特点，结合软件工程中面向对象思想，在扩展混合函数Petri网的基础上，提出面向对象混合函数Petri网的概念并给出其详细定义。面向对象混合函数Petri网丰富的元素类型和完善的模拟算法，为可视化建模和模拟生物过程提供了良好的支持。它既有友好的图形表达界面，又能进行高效的模拟；面向对象思想的引入，以及模块库的建立，则可以更为直观的表达生物过程并增强其模块复用性，降低建模复杂度，提高建模效率。研究证明使用面向对象混合函数Petri网建模是十分高效的。
　　本课题设计实现了基于面向对象混合函数Petri网的可视化建模及模拟生物过程的软件系统——CELLMATLAB，并在此系统上建模了基因调控网络——lac操纵子调控机制和代谢网络——糖酵解模型。通过模拟分析，得到了正确的结论并对湿实验产生有意义的指导，从而验证了理论和软件的可行性和正确性，同时也体现了本软件的应用价值。

目录

基于Petri网的生物过程模拟系统的研究

RESERACH ON SIMULATION SYSTEM OF BIOLOFICAL PROCESSES BASED ON PETRI NETS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 生物过程模拟概念

1.3 研究目的及意义

1.4 研究现状及成果

1.5 本文内容及章节安排

第2章 Petri网和确定性模拟

2.1 Petri网简介

2.2 Petri网与生物模拟

2.3 Petri网建模生物过程

2.4 本章小结

第3章 系统实现

3.1 需求分析

3.2 系统设计

3.3 确定性模拟子系统

3.4 软件测试

3.5 本章小结

第4章 Lac操纵子调控机制和糖酵解模型

4.1 建模步骤

4.2 Lac操纵子调控机制

4.3 Lac操纵子调控机制模型

4.4 糖酵解模型

4.5 模拟结果分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

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