Методы и средства реконструкции сетевых моделей сложных биологических систем

• Автор: Мигинский, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 181 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

Глава 1. Обзор предметной области, существующих подходов и программных средств

1.1. Понятие сетевой модели

1.2. Проблематика применения методов сетевого моделирования

1.3. Области применения сетевых моделей

1.4. Общая схема реконструкции и анализа сетевых моделей сложных систем

1.5. Понятие и проблематика генных сетей.

1.6. Понятие и проблематика экологических сетей

1.7. Обзор программных средств реконструкции сетевых моделей.

1.7.1. Общая характеристика существующих программных средств.
1.7.2. Обзор системы .
1.7.3. Анализ методов и средств интеграции биологических данных
Глава 2. Анализ требований.
2.1. Краткая формулировка основных требований и ограничений
2.2. Представление данных
2.2.1. Семантика онтологий и мстамодсли
2.2.2. Функциональность мстамодсли.
2.3. Интеграция внешних информационных ресурсов
2.4. Представление сетевых моделей.
2.5. Визуальная реконструкция сетевых моделей
2.6. Расширяемость и адаптивность
2.7. Контроль доступа к данным.
Глава 3. Архитектура и реализация
3.1. Анализ способов реализации требований.
3.1.1. Способы реализации мстамодсли.
3.1.2. Прототипная реализация метамодели.
3.1.3. Прототип подсистемы интеграции данных.
3.1.4. Оптимизация производительности подсистемы интеграции данных.
3.1.5. Выбор технологической базы для визуального редактирования сетевых моделей .
3.2. Общая архитектура системы.
3.3. Метамодсль.
3.3.1. Структура основной метамодели.
3.3.2. Метамодель для представления сетей.
3.4. Реализация требований.
3.4.1. Методика интеграции данных
3.4.2. Транзакционные операции и удаленный программный интерфейс
3.4.3. Контроль доступа к данным.
3.5. Язык запросов.
3.6. Программная реализация
3.6.1. Подсистема .
3.6.2. Подсистема
3.6.3. Редактор онтологий
Глава 4. Практическое использование
4.1. Объединение баз данных в област и молекулярногенетических систем.
4.1.1. Постановка задачи.
4.1.2. Онтология.
4.1.3. Заключение
4.2. Визуальная реконструкция генных сетей.
4.3. Прраммная среда для моделирования эволюции популяций одноклеточных, организмов
4.4. Задачи сетевого моделирования экосистем.
Заключение.
Литература


Если программное средство предоставляет механизм описания типов вершин и связей, и в соответствии с таким описанием в дальнейшем позволяет строить сетевые модели, оно может рассматриваться как универсальное. На текущий момент существует ряд языков позволяющих описывать модели предметных областей или онтологии, а также соответствующие средства компьютерной поддержки (средства редактирования, трансляторы на языки программирования и схемы баз данных, синтаксические анализаторы). Наиболее известные из таких языков - Unified Modeling Language (UML) [1], XML-Schema [8], Web Ontology Language (OWL) [9]. С их помощью можно описывать схемы данных практически любой сложности, включающие как качественные, так и количественные характеристики. Таким образом, создание универсальных средств сетевого моделирования, обеспечивающих функциональность, связанную с реконструкцией таких моделей, не является принципиально невозможным. ИТ-специалиста. Однако остается ряд вопросов, связанных с удобством использования такого средства, производительностью, масштабируемостью и т. Эти вопросы будут рассмотрены более подробно в последующих главах. Кроме того, такое программное средство должно иметь возможность подключения специфических для различных областей модулей анализа. Отметим, что хотя вопросы, связанные с анализом сетевых моделей, и выходят за рамки данной работы, возможность интеграции с такого рода модулями существенно повышают привлекательность такого средства с точки зрения пользователя. По этой и ряду других причин вопросам расширяемости в данной работе уделено особое внимание. Поскольку сетевые модели являются в существенной степени универсальными, возможно и целесообразно использование опыта, накопленного в других предметных областях. Уже было рассмотрено применение данного подхода к разработке ПО. Эта область в существенной степени перекликается с данной работой, так как одна из поставленных задач - это разработка программного инструментария. Рассмотрим еще несколько областей применения сетевых моделей. Схемотехника является, вероятно, одной из первых областей, где сетевое моделирование было применено с полной эффективностью и в промышленном масштабе. На текущий момент существует достаточно много профессиональных программных пакетов, позволяющих проводить полный цикл разработки печатной платы т бШсо, за исключением ее изготовления. Пакеты включают в себя средства визуального моделирования, позволяющие разработать принципиальную схему, используя реально доступную элементную базу, средства симуляции и разводки печатных плат. Примерами таких программных пакетов являются ОгСАО [], N1 []. Планирование и анализ бизнес-процсссов также является важной и востребованной областью применения этих технологий. Любой бизнес-процесс может быть представлен как сеть, где вершинами (или дугами — все зависит от выбранного способа моделирования) являются отдельные элементарные стадии. Такое представление позволяет анализировать эффективность выполнения бизнес-процессов, выявлять узкие места и неоптимальные элементы, вычислять риски, проводить оптимизацию. Примерами сред, позволяющих проводить моделирование и анализ бизнес-нроцессов являются ARIS Business Architect [], Microsoft BizTalk Server []. Программные пакеты, направленные на моделирование и анализ бизнес-процессов, как правило, включают средства визуального моделирования и используют графическую нотацию для описания процессов. Кроме того, распространен подход к планированию и мониторингу исполнения, основанный на диаграммах Гантта, представляющих собой специальный вид сетей и позволяющих составлять детальные планы проектов, учитывающие временные, человеческие, финансовые и друге виды ресурсов. Примером пакета, использующего такую нотацию, является MS Project []. Здесь приведен далеко не полный перечень областей применения сетевых моделей. Хотя эти области не имеют непосредственного отношения к рассматриваемым в данной работе живым системам, использование опыта и наработок в этих областях полезно при решении поставленных в работе задач. Рассмотрим основные стадии (Рис.