Modelowanie oparte na regułach

Modelowanie oparte na regułach to podejście do modelowania , które wykorzystuje zestaw reguł, które pośrednio określają model matematyczny. Zestaw reguł można albo przetłumaczyć na model, taki jak łańcuchy Markowa lub równań różniczkowych, lub być traktowany za pomocą narzędzi, które bezpośrednio działają na zestawie reguł zamiast przetłumaczonego modelu, ponieważ ten drugi jest zwykle znacznie większy. Modelowanie oparte na regułach jest szczególnie skuteczne w przypadkach, gdy zestaw reguł jest znacznie prostszy niż model, który implikuje, co oznacza, że ​​model jest powtarzającym się przejawem ograniczonej liczby wzorców. Ważną dziedziną, w której często ma to miejsce, są biochemiczne modele organizmów żywych. Grupy wzajemnie odpowiadających sobie substancji podlegają wzajemnie odpowiadającym oddziaływaniom.

BioNetGen to zestaw narzędzi programowych służących do generowania modeli matematycznych składających się z równań różniczkowych zwyczajnych bez bezpośredniego generowania równań. Na przykład poniżej znajduje się przykładowa reguła w formacie BioNetGen:

${\ Displaystyle A (a, a) + B (b) -> A (a! 1). B (b! 1)}$

Gdzie:

1. A(a,a): Reprezentuje gatunek modelowy A z dwoma wolnymi miejscami wiązania a
2. B(b): Reprezentuje gatunek modelowy B z jednym wolnym miejscem wiązania
3. A(a!1).B(b!1): Reprezentuje gatunek modelowy, w którym co najmniej jedno miejsce wiązania A jest związane z miejscem wiązania B

Z powyższą linią kodu BioNetGen automatycznie utworzy ODE dla każdego gatunku modelowego z prawidłowym bilansem masowym. Dodatkowo zostanie utworzony dodatkowy gatunek, ponieważ powyższa reguła implikuje, że dwie cząsteczki B mogą wiązać się z pojedynczą cząsteczką A, ponieważ istnieją dwa miejsca wiązania. W związku z tym zostaną wygenerowane następujące gatunki:

4. A(a!1,a!2).B(b!1).B(b!2): Cząsteczka A z dwoma miejscami wiązania zajętymi przez dwie różne cząsteczki B.

Dla systemów biochemicznych

Wczesne próby wykorzystania modelowania opartego na regułach w symulacji systemów biochemicznych obejmują stochastyczne systemy symulacyjne StochSim

Szeroko stosowanym narzędziem do modelowania sieci biochemicznych w oparciu o reguły jest BioNetGen. Wydawany jest na licencji GNU GPL , wersja 3. BioNetGen zawiera język opisujący substancje chemiczne, w tym stany, jakie mogą przyjmować i wiązania, jakim mogą podlegać. Reguły te można wykorzystać do stworzenia modelu sieci reakcji lub do przeprowadzenia symulacji komputerowych bezpośrednio na zestawie reguł. Platforma do modelowania biochemicznego Virtual Cell zawiera interpreter BioNetGen.

Bliską alternatywą jest język Kappa. Inną alternatywą jest język BioChemical Space.