چکیده

پیش زمینه: در بسیاری از کاربردها، مطلوب، پیدا کردن جوابی تنک برای مسئله مدنظر است. در حالت مسئله های غیرمحدب، که در بسیاری از حوزه ها ظاهر می شوند، راه حل کارای مشخصی برای پیدا کردن جوابی با کمینه عناصر ناصفر در دست نیست و برای اکثر آنها به سراغ تقریبی محدب از مسئله می رویم. در زیستشناسی محاسباتی، یکی از مسائل شناخته شده، آنالیز تغییر شار، FBA، است که در آن به دنبال پیدا کردن شار واکنشهای داخل سلول هستیم به طوری که با قیدها سازگار بوده و رشد سلول را بیشینه کند. هدف تحقیق: در این گزارش، به پنچ نمونه از مسئله FBA، طراحی شده در مسابقه !Optimizer 2021 به منظور حل حالتی کلی و غیرمحدب از FBA اشاره میکنیم که طی آن قرار است به کمک روشهای تنک، تعداد زیادی قید در بر گرفته شوند. در دو مسئلهی اول به دنبال پیدا کردن تنک ترین بردارهای شار، و در سه مسئله ی بعدی به دنبال پیدا کردن ماتریس شارهایی هستیم که علاوه بر ارضای قیود، دارای ستونهایی مشترکاً-تنک باشد. در ادامه، روشها و الگوریتم هایی برای غلبه بر این مسائل ارائه می دهیم که توسط تیم برندهی مسابقه، تیم پاندا، ارائه شده اند. مواد و روشها: الگوریتم اصلی استفاده شده، کمینهسازی نرم ۱ وزندار است که طی آن در هر دور از الگوریتم، مسئلهای نرم ۱ وزندار را حل کرده و وزنها را برای استفاده در دور بعدی با روشی متفاوت با روشهای معمول به هنگام می کنیم. استفاده از تصادفی سازی نیز یک تکنیک جدید در فرآیند به هنگام سازی وزنها است. این ایدهها برای پیدا کردن ماتریس مشترکاً-تنک نیز به کار برده شده و به همراه سایر راه حلها در بخش کدها و دادههای این مقاله آورده شده اند. نتایج: با وجود ابعاد بسیار بالای دادههای مسابقه، الگوریتم های خطی ما زمان بسیار کمی را برای پیدا کردن جواب نزدیک به بهینه نیاز دارند. بررسی عملکرد الگوریتم ها، که در مقایسه با سایر روشها سرعت و دقت بسیار بیشتری به نمایش گذاشته، در بخش نتایج در این مقاله آورده شده اند. نتیجه گیری: با ارائه ی الگوریتمی سریع برای FBA چند ستونی، اکنون این امکان فراهم است تا در حل FBA قیود متنوعی را بتوان همزمان به کار برد، که به پژوهشگران این امکان را می دهد تا شبکه متابولیکی موجودات مختلف را در زمانی چندجمله ای بازسازی کنند.

کليدواژه ها

بهینه سازی شبکه های متابولیکی، آنالیز توازن شار، بهینه سازی تنک، بهینه سازی خطی، روش جداسازی

کد مقاله / لینک ثابت به این مقاله

برای لینک دهی به این مقاله، می توانید از لینک زیر استفاده نمایید. این لینک همیشه ثابت است :

نحوه استناد به مقاله

در صورتی که می خواهید در اثر پژوهشی خود به این مقاله ارجاع دهید، به سادگی می توانید از عبارت زیر در بخش منابع و مراجع استفاده نمایید:
مجتبی تفاق , 1400 , انتخاب متغیر چند-شدنی , نخستین همایش بین المللی و سومین همایش ملی ریاضیات زیستی