Optimalizácia Rektangulárnej Abstrakcie v Nástroji Pithya

Jakub Raček

Bachelor's thesis

Optimising Rectangular Abstraction in Pithya

Abstract:

The goal of this thesis is to optimise the Pithya tool, specifically the generation of rectangular abstraction (transition system) based on input biological model expressed by differential equations. The first optimisation removes redundant evaluation of vertices in models with sparse dependencies. To decide if a transition exists, it is necessary to compute derivation values in every vertex of a given facet within a given state. However, if the derivation does not depend on some variables, then it is possible to skip the computation in these dimensions, and thus the abstraction generation is sped up. Second optimisation is the use of dynamic compilation, which is supported by the JVM platform. With the original implementation of abstraction generation algorithm as basis, an improved algorithm utilizing the forementioned optimisations was implemented. Thesis introduces the theoretical background of the rectangular abstraction and describes both original and optimised implementation of the algorithm. At the end of the thesis, the performance of the optimised implementation is evaluated on a set of test models and compared to the original.

Abstract:

Cieľ práce je optimalizovať nástroj Pithya, konkrétne tvorbu rektangulárnej abstrakcie (prechodového systému) na základe vstupného biologického modelu, zadaného pomocou diferenciálnych rovníc. Prvou optimalizáciou je odstránenie redundantného vyhodnocovania vrcholov v modeloch s riedkými závislosťami. Pre vyhodnotenie prechodu je nutné vypočítať derivácie vo všetkých vrcholoch daného facetu v rámci daného stavu. Avšak, pokiaľ derivácia nezávisí na niektorých premenných, je možné výpočet v týchto dimenziách vynechať a tým zrýchliť tvorbu abstrakcie. Druhou optimalizáciou je využitie dynamickej kompilácie, ktorú umožňuje platforma JVM. Na základe pôvodnej implementácie bol v rámci tejto práce implementovaný algoritmus tvorby abstrakcie využívajúci spomínané optimalizácie. V práci je predstavené teoretické pozadie rektangulárnej abstrakcie, popísaný pôvodný stav implementácie a popísaná implementácia s využitím optimalizácií. Na záver je optimalizovaná verzia algoritmu porovnaná s pôvodnou na sade testovacích modelov.

Keywords

dynamický systém, ODE model, rektangulárna abstrakcia, syntéza parametrov, systémová biológia, dynamical system, rectangular abstraction, parameter synthesis, systems biology

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 28. 6. 2019
• Supervisor: Mgr. Samuel Pastva
• Reader: RNDr. Martin Demko

Masaryk University

Faculty of Informatics

Bachelor programme / field:
Informatics / Artificial Intelligence and Natural Language Processing