低能Ti+注入棉花种子的深度-浓度分布的模拟计算

国内许多单位开展了低能离子注入植物种子的实验研究, 但在生物诱变机理方面却尚未有定论, 其中低能离子注入植物种子的深度-浓度分布成为研究的一个焦点问题。许多人直接用LSS理论得到的TRIM程序, 从理论上计算了低能重离子注入植物种子的深度-浓度的分布, 却发现计算结果与实验测量结果相差甚远, 于是得出LSS理论及TRIM程序不能直接用于计算离子注入非均匀、非致密、有孔道的植物种子这种特殊的靶材料的结论。针对这一研究课题, 在目前尚未有更加成熟完善的理论模型和计算方法的前提下, 为了便于计算, 本文根据植物种子的结构特点, 对靶材料棉花种子进行了处理,并对LSS理论进行了修正, 用蒙特卡罗方法计算了初始能量为20keV的Ti+注入棉花种子的深度-浓度分布, 得到了与实验结果符合较好的分布曲线, 初步的确定了低能离子注入植物种子深度-浓度分布的一种理论计算方法。     

基于贝叶斯统计的遗传连锁分析方法

贝叶斯学派是不同于经典数理统计的一个重要学派, 其发展的贝叶斯统计方法在现代科学的许多领域已有着广泛的应用。探讨了贝叶斯统计在遗传连锁分析中的应用, 包括遗传重组率的贝叶斯估计、遗传连锁的贝叶斯因子检验和基于马尔可夫链蒙特卡罗理论的遗传连锁图谱构建。用编制的SAS/IML程序进行了模拟研究和实例分析, 验证了贝叶斯方法在遗传连锁分析中的有效性和实用性。     

NEE观测误差分布类型对陆地生态系统机理模型参数估计的影响——以长白山温带阔叶红松林为例

基于观测数据的陆地生态系统模型参数估计有助于提高模型的模拟和预测能力,降低模拟不确定性.在已有参数估计研究中,涡度相关技术测定的净生态系统碳交换量(NEE)数据的随机误差通常被假设为服从零均值的正态分布.然而近年来已有研究表明NEE数据的随机误差更服从双指数分布.为探讨NEE观测误差分布类型的不同选择对陆地生态系统机理模型参数估计以及碳通量模拟结果造成的差异,以长白山温带阔叶红松林为研究区域,采用马尔可夫链-蒙特卡罗方法,利用2003～2005年测定的NEE数据对陆地生态系统机理模型CEVSA2的敏感参数进行估计,对比分析了两种误差分布类型(正态分布和双指数分布)的参数估计结果以及碳通量模拟的差异.结果表明,基于正态观测误差模拟的总初级生产力和生态系统呼吸的年总量分别比基于双指数观测误差的模拟结果高61～86 g C m-2 a-1和107～116 g C m-2 a-1,导致前者模拟的NEE年总量较后者低29～47 g C m-2 a-1,特别在生长旺季期间有明显低估.在参数估计研究中,不能忽略观测误差的分布类型以及相应的目标函数的选择,它们的不合理设置可能对参数估计以及模拟结果产生较大影响.     

基于动态光热作用模型的激光诱导肿瘤间质热疗中的参数选择

建立了描述温控加热方式下激光诱导肿瘤间质热疗过程中动态光热作用的二维圆柱坐标下的数学模型,采用基于网格的蒙特卡罗方法数值模拟热疗过程中激光能量在非均质生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhen ius方程数值求解组织内的温度场和热损伤体积的变化。通过数值模拟的方法分析了激光波长、激光功率、温控范围等因素对激光诱导肿瘤间质热疗中热损伤体积的影响。数值模拟的结果表明,通过选择合适的治疗参数,可以得到各种不同大小的热疗区域。本文的结果和结论对于临床治疗方案的制定具有一定的理论指导意义。     

低能Ti+注入棉花种子的深度-浓度分布的模拟计算

国内许多单位开展了低能离子注入植物种子的实验研究,但在生物诱变机理方面却尚未有定论,其中低能离子注入植物种子的深度-浓度分布成为研究的一个焦点问题.许多人直接用LSS理论得到的TRIM程序,从理论上计算了低能重离子注入植物种子的深度-浓度的分布,却发现计算结果与实验测量结果相差甚远,于是得出LSS理论及TRIM程序不能直接用于计算离子注入非均匀、非致密、有孔道的植物种子这种特殊的靶材料的结论.针对这一研究课题,在目前尚未有更加成熟完善的理论模型和计算方法的前提下,为了便于计算,本文根据植物种子的结构特点,对靶材料棉花种子进行了处理,并对LSS理论进行了修正,用蒙特卡罗方法计算了初始能量为20keV的Ti 注入棉花种子的深度-浓度分布,得到了与实验结果符合较好的分布曲线,初步的确定了低能离子注入植物种子深度-浓度分布的一种理论计算方法.     

蒙特卡罗方法和三维数字人体模型在放疗计划质量保证中的应用

放射治疗的质量保证是保证放射治疗成功的有力方法。对于放疗计划的验证和评估有CT模拟机、仿体等方法,这些方法各有优缺点。文章提出了一种用人体图像数据构造仿真模型的方法,并用蒙特卡罗软件和美国“可视人项目”的数据集计算该模型在接受放射治疗时体内剂量的三维分布。由于采用人体的真实图像数据,以及蒙特卡罗方法计算粒子输运时的准确性,该方法能够得到真实的三维剂量分布。     

一种新的基于蒙特卡罗模拟和光子传输模型的图像分割算法

本文以蒙特卡罗模拟方法为基础,结合组织光学的光子传输模型,提出了一种新的图像分割算法,该算法将复杂的图像分割问题简化为大量简单的光子传输随机实验,通过分析传输规律来获取目标区域.在随后的实验中,结合细胞核提取这一问题建立了一个简单的光学传输模型,并依据此模型分别对人造图和实际图进行了分割.人造图的分割结果表明了该算法的可行性,说明了该算法的一些优点;而实际图的分割结果则反映了该算法的不足之处,文章针对其中存在的问题和算法待改进之处进行了分析.     

基于生态系统服务的城市化区域生态风险表征方法研究

快速城市化导致城市周边区域生态系统服务损失并引发生态风险。以多种类型的生态系统服务作为生态风险的评价终点,构建了基于服务价值量的城市化区域生态风险表征方法,以北京市为例对方法进行了应用,并进行了风险评价结果的不确定性分析和参数敏感性分析。案例研究显示2015年北京市生态风险总体处于低风险接近中等风险水平,低风险和极低风险区域面积占全市的50%以上,主要分布于北京市西部和北部,高风险和极高风险区域面积占20%左右,主要分布于中心城区。生态风险空间格局特征表明北京市城市区域的扩张造成周边区域生态系统服务的下降,导致生态风险水平的上升。研究提出的生态风险指数同生态系统服务当量因子间具有显著的线性关系,可用于估算生态系统服务价值。不确定性和参数敏感性分析表明生态风险指数计算结果变异较小,指数具有较高的可靠性。研究方法能够综合表征城市化区域的生态风险,定量表征结果便于决策者理解,具有应用于风险评价和管理实践的价值。     

面向虚拟筛选的GPU加速的分子对接方法

虚拟筛选是在计算机上对化合物分子进行模拟预筛选,找出容易和药物靶标结合的小分子(配体),从而降低实际实验测试次数,提高药物先导化合物的发现效率。常用的分子对接软件可以用于基于结构的虚拟筛选,寻找配体与靶标的最佳的作用模式和结合构象,并通过打分函数来筛选出潜在的配体。现有的对接软件如AutoDock Vina等在分子对接过程中需要耗费大量时间和计算资源,特别是面对大规模分子对接时,过长的筛选时间不能满足应用需求,因此,本文在最高效的QVina2对接软件基础上,提出一种基于GPU的QVina 2并行化方法QVina2-GPU,利用GPU硬件高度并行体系加速分子对接。具体包括增加初始化分子构象数量,以扩展蒙特卡罗的迭代局部搜索中线程的并行规模,增加蒙特卡罗的迭代搜索的广度以减少每次蒙特卡罗迭代搜索深度,并利用Wolfe-Powell准则改进局部搜索算法,提高了对接精度,进一步减少蒙特卡罗迭代搜索深度,最后,在NVIDIA Geforce RTX 3090平台上在公开的配体数据库上验证了QVina2-GPU的性能,实验表明在保证分子对接精度的基础上,我们提出的QVina2-GPU对Qvina2的平均加速比达到5.18倍,最大加速比达到12.28倍。