王龙[1]2015年在《生物代谢网络的混合Petri网建模与分析》文中指出生物代谢一直是生命科学研究的基础领域之一,对生物代谢网络中众多反应的途径、作用、原理等进行透彻研究,对生物学、医学甚至是制药学等等各种领域都有着重要的意义。生物代谢过程微观、复杂,如果能够直观地表现出来,将为代谢网络的研究提供极大便利。如何直观、准确的建立生物代谢网络的模型一直是一个难点与研究焦点。传统的生物建模方法存在适用范围窄、无法对代谢网络更为微小的反应过程建模、局限于仅有单个反应方程或者能够线性相加的数个方程的建模、与代谢网络结构契合度低等缺陷。基于对这些缺陷的改进,以及对生物代谢网络建模分析的特殊需求,本文进行了生物代谢网络的混合Petri网建模研究,具体研究工作有以下几点:(1)对Petri网在建模领域的理论发展历程进行了总结,并对国内外使用Petri网理论对生化领域进行建模分析的研究现状做了归纳,概述了研究生化网络、代谢网络的众多理论、思路、方法以及对Petri网理论的优化扩展。(2)使用混合Petri网进行建模分析。提出了一个生物代谢网络HPN建模的详细建模步骤,使用该建模步骤,能够实现在缺乏生物代谢相关理论知识、生化试验环境与条件的情况下进行生化建模。并以叁羧酸循环为实例,依照提出的建模步骤建立了混合Petri网系统模型,使用建模软件SNOOPY2.0对建立的模型进行仿真模拟与分析。证实了该理论的正确性与可行性。(3)在叁羧酸循环混合Petri网的基础上,本文对已建立的HPN模型做了进一步扩展,获取了一种适用于生物代谢网络建模的混合函数Petri网模型,并据此建立了叁羧酸循环的HFPN模型。接着提出一个生物代谢网络反应过程的状态标识输出算法,实现了对反应过程的监控及数据获取,最后在叁羧酸循环模型中以一简例证明了该算法的可行性。
许滔[2]2004年在《基于Petri网的生物代谢网络建模》文中指出生物代谢的研究是生命科学研究的基础领域,多年来在代谢研究方面积累了大量的实验数据,并建立了相应的生物化学模型。但是传统的采用动力学参数建模的代谢模型研究方法存在着模型数据难以获得的缺陷,因而其应用受到局限。目前兴起的系统生物学研究,采用生物实验、理论和建模的进行综合分析,为代谢网络建模提供了新的手段。采用系统生物学方法,论文引入系统工程科学领域的Petri网作为代谢模型建模工具,介绍了代谢模型的Petri网的表示方法,并讨论了Petri网代谢模型的分析方法,包括有界性、S、T不变量分析和最优化分析等,这些方法是模型的分析和仿真的有力手段。基于Visual C++ .NET平台,开发了用于Petri网代谢研究的系统生物学软件,实现了计算机的Petri网代谢模型的建模和仿真。该系统主要包括模型编辑模块、模型计算模块和扩展模块叁个部分。其中,前两个模块实现了模型的可视化编辑及模型仿真的集成环境,扩展模块实现了Petri网的PNML标准化。在该软件环境下,基于无氧代谢、有氧代谢和无氧-有氧代谢的生物化学反应方程式,通过模型编辑界面分别建立了相应的Petri网模型,并利用Petri网代谢模型的分析方法,改变模型中葡萄糖和氧气输入参数,进行模型仿真,得到的ATP生成量变化曲线与生物化学理论一致。结果说明了Petri网代谢模型的正确性,展现了Petri网用于代谢建模有着较好前景。
许滔, 廖莎, 曾绍群, 刘笔锋[3]2005年在《基于XML的生物代谢Petri网模型的标准化》文中认为针对分析生物代谢网络的需要 ,构建了生物代谢Petri网模型建模环境 ,并采用基于XML的Petri网标记语言PNML为标准 ,利用DOM实现XML解析 ,完成Petri网模型的标准化 ,通过对代谢网络Petri网模型实例的仿真 ,验证了标准化模型的正确性。
姜欢[4]2009年在《浅谈基于Petri网的代谢网络模拟方法》文中认为生物代谢的研究是生命科学研究的基础领域,研究代谢网络对代谢障碍检测和药物研究起了非常重要的作用,对代谢网络进行建模和模拟可以更好的理解生物的过程,从而给生物学家和药物学家提供有力的保证。
苏莹[5]2012年在《基于Petri网的装备维修保障网络能力评价》文中认为在现代战争中，作战能力的有效发挥依赖于高效的装备维修保障活动，加上参战装备向技术复杂度高、种类更加多样化的方向发展，装备维修保障的重要性日渐突出。装备维修保障工作的核心就是在考虑作战任务要求的条件下在规定的时间内满足装备维修活动所需的各类人员、器材等维修保障资源要求。随着联合保障、精确保障的要求越来越高，装备维修保障系统也从原来的分散的孤立系统逐步发展成一个复杂的装备维修保障网络。维修保障网络能否形成整体的保障能力，将直接影响装备作战效能的发挥。因此，论文以装备维修保障网络能力评价问题为核心，主要研究装备维修保障网络能力评估参数、基于Petri网的建模与仿真分析和应用实例分析。首先，研究了装备维修保障网络的组成结构和动态行为过程，并采用Petri网方法对维修保障网络动态过程进行了建模和分析。针对装备维修保障单元节点、边和流的多状态特性，为了更好地描述和分析装备维修保障网络能力，论文提出了一种新的、改进型的高级Petri网，该模型引入了多态库所和能力变迁等元素。其次，选取了任务完成度和多状态端端可靠度这两级参数作为论文重点研究的维修保障网络能力评价指标。研究了基于装备维修保障网络Petri网模型的仿真分析过程与参数计算方法，在此基础上，开发了装备维修保障网络能力评价仿真分析软件。最后，结合某一应用实例，运用论文提出的模型与方法对某装备维修保障网络能力进行了分析和评价，得出了这一网络的任务完成度和多状态端端可靠度，同时验证了论文提出的模型和方法的正确性。
杨琰[6]2013年在《基于Petri网的城市交通网络建模及最优路径算法研究》文中研究指明近年来，随着全球经济的快速增长，人们的生活水平逐渐提高，我国大中城市的机动车保有量持续增长。由此带来的交通拥堵、交通事故、能源损耗、环境污染等一系列交通问题严重制约城市的发展、影响人们的生活质量。采用智能交通系统是解决城市交通问题的最有效方法。动态路径规划是智能交通系统中最核心的一部分。本文研究的目的是结合道路实时信息，进行动态路径寻优。现有的关于城市交通系统建模的研究各自有其针对性，但均不适用于顾及转向时间的动态路径诱导问题，故而有必要对城市交通网络重新进行合理建模。对动态路网权值的标定是构建交通网络模型过程中很关键的一步。目前关于路段权值的计算常用的方法存在弊端：模型正确性的验证所需时间较长或所得结果不具备通用性。本文以符合我国城市交通特征的格林伯格v-k关系模型为基础进行推导和曲线拟合得到动态路权新公式。现有的最优路径算法研究大多针对有向网络，而现实交通网络中多数路段双向通行。当网络规模增大时，无向图向有向图的转化以及转换后网络规模的增大会导致问题求解的复杂度急剧增加。基于Petri网的方法较传统直接计算路长而言，更为直观和方便，且目前极少见到有利用Petri网来求解顾及转向时间的最短路问题的研究。因此本文针对结构复杂的双向通行城市交通网络，提出了基于Petri网的顾及转向时间的最优路径智能搜索算法。对动态环境下路径规划问题的研究具有非常重要的理论意义和现实意义：能够改善现有算法的不足，结合实时信息，动态寻优，为先进的道路交通管理系统和道路交通信息系统提供理论基础和理论指导；有助于缓解城市局部交通拥挤状况、降低出行成本、提高运作效率、减少资源浪费和环境污染、降低交通事故发生率等。在我国尽快开展动态车辆导航系统的研究具有极大的应用价值和极强的研究意义。综上所述，本文围绕与路径规划相关的城市交通网络建模、道路权重标定、最优路径算法叁个问题进行研究：(1)采用层次化的建模方法对城市交通网络进行Petri网建模，首先建立整个交通网络的大框架模型，然后将所建立的信号控制十字交叉口的两个层次模型组合得到十字交叉口的细化模型，在层次模型中体现了交通流中车辆在道路交叉口处的具体转向行为，并在其中引入了表示车辆转向时间的时延因素，能更加真实的模拟现实交通状况。(2)当确定以最短出行时间为最优目标后，着重对在模型中表现为路网权重的交通阻抗进行了分析，路段阻抗部分通过一系列推导和曲线拟合最终得到了适用于我国城市动态交通网络的路阻公式，节点阻抗部分根据车流的集散波理论计算了车辆位于交叉口处的转向延误时间。(3)在前面几章的基础上提出了基于Petri网的顾及转向时间的最优路径智能搜索算法，并通过算例模拟和实例分析证明了算法的可行性及有效性。
黄佳良, 郭红, 孟春[7]2008年在《基于Petri网的基因调控网络建模与分析》文中认为如何有效描述与分析复杂的基因调控网络(GRN)是生物学家研究基因表达调控机制的关键步骤.现有大部分方法在建模过程中忽略了生物中广泛存在的协同作用,模型预测结果与实际生物行为之间存在误差.基于混合函数Petri网(HFPN)理论提出了一种对基因调控网络进行定量分析的新方法.首先简要介绍GRN与HFPN的基础理论,然后为HFPN引入两类新元素:逻辑库所与逻辑变迁,描述基因调控网络的逻辑规则以及转录因子间的协同作用,最后构建海胆endo16基因调控网络的Petri网模型,并预测模型在不同位点发生突变时的基因表达水平变化.分析结果与文献实验数据相一致,验证了方法的正确性.
王印[8]2010年在《人类细胞周期及凋亡网络的模型建立与模拟分析研究》文中研究说明系统生物学的发展使得生物建模和计算机模拟成为生物过程模拟中越来越重要的手段,可以有力地支持生物学家及其他研究人员在医学和制药等领域的研究。将生物实验的机理抽象转化为相应的数学模型,是目前系统生物学与生物信息学的主要任务之一。另一方面,将这些数学模型在软件平台上可视化的表达与实现,已经成为了模拟生物网络强有力的辅助手段,可以进行生物实验中不便于展开的操作。细胞周期的生物机理已经展开了大量的研究,但是直到最近仍然有新的实验结论出现。一些非编码的miRNA已经被确认能够参与细胞网络中的调控,例如细胞周期网络。本文整合最新发现的生物实验结论,将这些结论结合到已有的细胞周期模型中,定性的将miRNA对靶mRNA的调控也加入其中。更进一步的设计出定性合理的可伸缩时钟模型,可以更好的模拟该网络。然后将整合好的模型通过CellMatlab软件平台模拟实现,验证了该模型。并且通过一系列的模拟实验预测了在同时受到miRNA抑制的前提下,miRNA的靶mRNA具有正协同作用;miRNA与细胞周期网络的系统一样,具有饱和性。细胞凋亡网络的机理仍在广泛的研究中,其中p53居于其上游的核心位置。更是有研究表明,该网络与细胞周期网络存在着紧密联系。二者的相互作用在医疗领域研究对癌症的治疗具有重要意义。本文主要考察细胞凋亡网络重要转录因子p53与周期网络重要转录因子E2F的关系,逐步抽象建立了关于二者的负反馈环模型。在此模型基础上,通过稳态分析,推导并讨论了p53抑制E2F通路对细胞状态的影响。然后通过CellMatlab软件平台进行模拟实验,预测了p53与E2F共同影响了细胞的状态。更进一步的通过模拟实验进行暂态研究,发现预测了p53具备原癌与抑癌的双重功能。最后由此总结了针对E2F表达量对应着细胞的不同状态,如何抑制肿瘤细胞的定性方法。
张永阳[9]2009年在《基于Petri网的制造型企业生产过程实体建模方法研究》文中研究指明随着客户需求进入多样化、个性化时代,制造企业生产过程形成了订单随机、多品种、小批量、生产柔性要求高等特点,这对制造企业生产管理提出了更高的要求。生产过程建模作为企业生产管理的一项非常有效的手段,在生产系统工作流研究、产能分析、生产实时监控等方面发挥着越来越重要的作用。然而,传统的生产过程建模方法,具有建模过程复杂、模型庞大、柔性不足、市场反映灵敏度不高、建模成本较高、数学模型运算复杂、求解速度慢、精度低以及工作量庞大等不足,严重影响着制造企业的生产管理水平的进一步提高,具有形象直观、模块化、面向对象和建模便捷优点的生产过程实体建模方法已成为企业生产管理的必需。本文在分析传统生产过程建模方法的基础上,结合面向对象思想和Petri网技术,提出了生产流程实体建模方法(PPOM),该方法关注的核心是生产过程各生产加工单元产能的动态变化。首先运用Petri网技术定义了PPOM模型,然后将生产过程中各个加工站点、生产单元或生产工序进行高度抽象,抽象出一个个实体库所子模块,结合企业生产实际情况,将抽象库所子模块进行优化组合,从而组建企业生产系统PPOM抽象模型,形成有机的生产系统,进而根据PPOM抽象模型,建立生产单元的产能分析目标函数模型,最后采用模拟退火算法寻找出产能最小单元,即生产系统瓶颈单元。最后,将上述研究成果应用于制造型企业生产实际过程中。以Z变压器有限公司为研究对象,分析了该公司电力变压器生产流程,定义了电力变压器生产过程PPOM模型,构建了电力变压器PPOM抽象模型,并对该抽象模型进行了性能分析,然后建立了Z公司电力变压器产能目标函数模型,采用模拟退火算法成功发掘出电力变压器生产系统瓶颈生产单元,及时提出了改善措施,取得了降低生产周期,提高系统产能,增加生产效益的效果,从而验证了PPOM方法的可行性和有效性。
李勇[10]2015年在《基于模糊Petri网的基因调控网络建模研究》文中进行了进一步梳理基因芯片及高吞吐量的DNA测序机技术的发展导致了超大规模的基因组数据的集成,而将这些数据转化为有价值的生物信息是目前人们面临的最大挑战,同时也成为基因调控网络研究中的一个新领域。此外研究和了解基因调控网络因果关系以及对DNA序列功能的评价对人们生活具有重要意义。相对于国外,我国在这一新兴领域的研究水平还是处于落后阶段,因此本文将从两个方面对基因调控的研究进行完善:DNA序列可信度的预测和基因表达水平影响程度的预测。针对DNA序列可信度的预测问题,将模糊Petri网(FPN)与有色Petri网(CPN)相结合,提出了一种基于模糊有色Petri网(FCPN)的方法来对DNA碱基序列可信度预测的模糊推理过程进行建模。模型中使用叁个输入变量来确定DNA碱基序列的可信度,分别为height,peakness和spacing。模型中的组成部分分别对应着不同类型的模糊操作,如If—parts和Then-parts等规则。FCPN模型在模糊Petri网的基础上结合了有色Petri网,这就使FCPN方法在保证等量信息的同时,可以克服原有网络规模大、计算步骤冗余、时间长的缺点,从而提供完整的结构化表示。再此基础上建立了 DNA碱基可信度推理的FCPN模型,并得出了最终结果,与FPN方法进行比较,FCPN模型表现出较好的适应性,简化了模型的同时提高了预测的准确性。针对基因表达水平影响程度的预测问题,提出一种基于逆向推理和模糊Petri网思想的算法来对激活/抑制和目标基因间的调控关系进行建模,即根据输入的激活/抑制(activator/repressor)基因的表达水平来预测目标基因表达水平值。该方法通过FPN模型对激活/抑制和目标基因叁基因的正向推理得出目标基因表达值后,采用逆向推理理论对模型进行返溯,并对结果和模型进行分析。该模型不仅可以准确的预测目标基因的表达水平,很好的模拟了基因调控网络的因果关系,而且得到了规则库中具体的作用规则以及输入基因对目标基因表达的影响程度,从而有助于制药,疾病诊断等领域的研究与探索。最后通过实例对该模型进行了验证和分析。
参考文献：
[1]. 生物代谢网络的混合Petri网建模与分析[D]. 王龙. 天津科技大学. 2015
[2]. 基于Petri网的生物代谢网络建模[D]. 许滔. 华中科技大学. 2004
[3]. 基于XML的生物代谢Petri网模型的标准化[J]. 许滔, 廖莎, 曾绍群, 刘笔锋. 计算机与数字工程. 2005
[4]. 浅谈基于Petri网的代谢网络模拟方法[J]. 姜欢. 硅谷. 2009
[5]. 基于Petri网的装备维修保障网络能力评价[D]. 苏莹. 国防科学技术大学. 2012
[6]. 基于Petri网的城市交通网络建模及最优路径算法研究[D]. 杨琰. 广西师范学院. 2013
[7]. 基于Petri网的基因调控网络建模与分析[J]. 黄佳良, 郭红, 孟春. 生物化学与生物物理进展. 2008
[8]. 人类细胞周期及凋亡网络的模型建立与模拟分析研究[D]. 王印. 哈尔滨工业大学. 2010
[9]. 基于Petri网的制造型企业生产过程实体建模方法研究[D]. 张永阳. 重庆大学. 2009
[10]. 基于模糊Petri网的基因调控网络建模研究[D]. 李勇. 天津科技大学. 2015
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