细胞信号网络功能鲁棒的简并性拓扑特征

细胞信号网络对于外界环境的干扰表现出优良的鲁棒性,但是其维持功能鲁棒的内在机制尚未明确,本文研究了细胞信号网络功能鲁棒性的拓扑特征。选择布尔网络模型模拟细胞网络的动态行为,利用网络节点状态的扰动模拟外界环境干扰。基于演化策略探寻不同网络拓扑的功能并分析其在干扰环境下的鲁棒性,采用埃德尔曼提出的基于信息论的计算方法评估网络拓扑的简并度、冗余度和复杂度等拓扑属性,对比分析它们与功能鲁棒度的相关性及作用机理。结果显示,在网络模型的演化过程中,其拓扑简并度与功能鲁棒度显著正相关,相关性水平高于拓扑冗余度与鲁棒度的相关性。并且,随着鲁棒度的提升,网络的节点数和复杂度也随之升高,同样简并度与网络的节点数和复杂度的相关性高于拓扑冗余度与网络的节点数和复杂度的相关性。这说明增加的网络节点以简并的方式同时提高了网络拓扑的鲁棒度和复杂度。因此,细胞网络功能鲁棒性的拓扑特征是简并而不是冗余,简并为解决生物系统的复杂问题提供了有效手段,为人工系统的可靠性设计提供有益的借鉴。     

生物网络研究进展述评

生物网络是一类典型的复杂适应性系统,包含了许多个体的多层次的各种相互作用和关系,在过去的十年里,利用复杂网络理论对生物网络进行研究引起了人们的注意并获得了快速发展.本文首先从从度分布、聚类系数及鲁棒性等角度对现阶段生物网络性质的研究进行了简要介绍,后进一步对生物网络的聚类算法及主要建模理论做出了概括.今后的研究趋势在于如何建立合理的生物网络模型,以深入研究生物网络的各种性质.     

武汉城市圈生态网络鲁棒性模拟及稳定性分析

生态网络在不同破坏程度或干扰强度下呈现出不同的鲁棒性,势必造成区域生态系统的稳定性风险。基于武汉城市圈生态网络的构建与识别,建立节点和廊道的重要性评价体系,运用鲁棒模型模拟随机干扰情景下的鲁棒性变化评价生态网络的稳定性特征。结果表明:基于复杂网络理论对武汉城市圈生态网络进行拓扑网络提取,共生成117个节点和189条连接线,重要性等级较高的节点占23.9%,主要分布在研究区中北部区域,重要性较低的节点占节点总数的51.3%,主要分布在研究区的西北和东南地区;采用重力模型判别生态廊道重要性,得到17条重要廊道,28条一般廊道,重要廊道对生态网络的连通性和稳定性具有极大影响;节点数量和重要度对网络的稳定性具有显著影响,当节点失效率低于50%时,生态网络稳定性变化较小,整体处于较高的稳定性;当节点失效率在50%—85%时,生态网络极其不稳定;当节点失效比率达到85%时,生态网络开始瘫痪;依据生态节点和廊道的重要性以及模拟结果,分别提出生态节点保护和廊道建设的差异化管理策略。     

环境微生物群落结构与功能多样性研究方法

微生物群落的结构及群落内种间相互作用是影响其生态功能的决定性因素。尽管微生物群落是地球生物化学循环的主要驱动者,但是由于传统的微生物培养方法只能分离约1%10%的环境微生物,对复杂的环境微生物群落结构和功能多样性了解甚少。元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法的出现,及其与微生物学的交叉融合,使得人们能够从微生物群落组成、物种功能、种间相互作用和预测模型等方面分析微生物群落。重点综述了元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法及其在环境微生物群落结构和功能多样性中的应用进展。     

半定规划鲁棒不可行性研究

本文给出了一种判别半定规划鲁棒不可行的准则,通过该准则我们可判断模型对输入数据是否敏感,进而决定是否应该利用鲁棒优化建模的方法对模型进行重新建模,使其所求解具有鲁棒性.避免了所给模型在实际应用中存在较大的风险性,为更好的应用鲁棒优化建模方法提供了理论依据.     

基于熵准则的鲁棒的RBF谷胱甘肽发酵建模

在谷胱甘肽的发酵过程建模中, 当试验数据含有噪音时, 往往会导致模型预测精度和泛化能力的下降。针对该问题, 提出了一种新的基于熵准则的RBF神经网络建模方法。与传统的基于MSE准则函数的建模方法相比, 新方法能从训练样本的整体分布结构来进行模型参数学习, 有效地避免了传统的基于MSE准则的RBF网络的过学习和泛化能力差的缺陷。将该模型应用到实际的谷胱甘肽发酵过程建模中, 实验结果表明: 该方法具有较高的预测精度、泛化能力和良好的鲁棒性, 从而对谷胱甘肽的发酵建模有潜在的应用价值。     

基于独立元分析的脑磁图源定位

在脑磁图源定位问题中,通常感兴趣的是脑内众多神经活动源中的一个或几个,而传统源定位方法,如多信号分类方法,需要将所有源的位置都确定后,通过重组信号波形才能获得所感兴趣源的位置信息。为了提高定位效率,文章作者提出了一种结合独立元分析的脑磁图源定位方法。实验结果表明,该方法能加快定位的速度,同时能够在一定程度上克服噪声的影响,具有更强的抗噪声能力。     

多维视角下天津市生态网络结构演变特征综合评价

以天津市为研究区,在构建2000、2010和2020年天津市生态网络的基础上,运用复杂网络的评价指标和景观格局指数并综合稳定性、均匀性和连通性指数,从源地-廊道-节点-整体多维度对其结构演变进行综合评价.结果表明:2000-2020年间,天津市生态源地的萎缩退化现象严重且空间分布不均匀,生态廊道也越来越稀疏;景观破碎度...     

微生物连续发酵酶催化动力系统的鲁棒性与并行计算

依据甘油连续发酵生产1,3-丙二醇的非线性酶催化动力系统.针对1,3-丙二醇可能存在的跨膜运输方式建立相应的动力学模型,提出了酶催化动力系统的定量鲁棒性定义,并建立了以鲁棒性为性能指标、非线性动力系统为主要约束的参数辨识模型.由于求解该辨识问题的数值计算量大,在普通的PC机上难以完成,因此本文构建了相应的并行算法.根据数值结果推断出1,3-丙二醇最有可能的跨膜运输方式,这对于进一步研究甘油连续发酵的机理具有重要的参考价值.     

谷氨酸棒杆菌耐受胁迫机制及工业鲁棒性合成生物学研究进展

谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum作为一般被认为具有生物安全性的一种模式工业微生物,不仅在发酵工业中成功用于大规模生产氨基酸,而且具有合成多种新型化学品的潜力。谷氨酸棒杆菌菌株在生产化合物时,经常会受到各种逆境条件的胁迫,从而降低细胞活力和生产性能。合成生物学的发展为提高谷氨酸棒杆菌的鲁棒性提供了新的技术手段。本文总结了谷氨酸棒杆菌应对发酵过程中各种胁迫的耐受机制。同时,重点介绍提高谷氨酸棒杆菌底盘细胞鲁棒性和耐受性的合成生物学新策略,包括挖掘新的抗逆元件、改造转录调控因子、利用适应性进化策略挖掘抗逆功能模块等。最后,从生物传感器、转录调控因子的筛选和设计、多种调控元件利用等方面对提高谷氨酸棒杆菌底盘细胞鲁棒性进行了展望。