Agregace stavového prostoru biochemických dynamických modelů

Bc. Vilém Děd

Diplomová práce

State space aggregation for biochemical dynamical models

Anotace:

Práce se zaměřuje na numerické metody analýzy biologických systémů modelovaných pomocí Markovova řetězce spojitého času~(CTMC). Hlavní problém numerických metod spočívá v jejich velké výpočetní složitosti. V úvodní části práce je podán přehled obecných přístupů k modelovaní v systémové biologii. Dále jsou diskutovány přístupy umožňující urychlení analýzy CTMC modelů, přičemž je kladen důraz na techniky založené na zmenšení jejich stavového prostoru zejména pomocí jeho agregace. Hlavním přínosem této práce je návrh a implementace několika agregačních funkcí rozšiřujících již existující metodu adaptivní agregace stavového prostoru CTMC modelů. Pro jejich analýzu byly vybrány modely s různými vlastnostmi, zejména z hlediska strukturní složitosti a velikosti stavového prostoru. V závěru této práce jsou diskutovány výsledky analýzy těchto funkcí, jejich zjištěné limity a možné úpravy.

Abstract:

This thesis focuses on numerical methods for analysis of biological systems modelled as Continuous Time Markov Chains~(CTMC). The numerical methods for stochastic systems typically suffer by high computational demands. The thesis first provides survey of general approaches of modeling in systems biology. We further present existing methods allowing to accelerate formal analyses of CTMCs. Main contribution of this theses is the design and implementation of aggregation functions extending an existing adaptive aggregation scheme. We provide experimental evaluation of the functions using several models of different properties and discuss the limitation and possible improvements.

Klíčová slova

agregace stavového prostoru, CTMC, systémová biologie, numerické metody

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 5. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 22. 6. 2015
• Vedoucí: RNDr. Milan Češka, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Martin Demko

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Aplikovaná informatika / Bioinformatika