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可实现振荡功能的生物模体的设计性研究

作　者: 曹鹏飞
导　师: 施大宁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 理论物理
关键词: 振荡模体长程负反馈自相互作用复杂网络演化博弈无标度网络
分类号: Q61
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

系统生物学研究起源于上个世纪,被认为是二十一世纪的生物学,目的是试图探索生物功能与作用网络的关系,发现生物系统的普适规律。系统生物学的研究涉及到生物学与物理学、数学、计算机科学等学科的交叉研究。首先,我们研究了振荡功能与网络结构的关系。振荡在生物界是很普遍又重要的现象,表现为许多生物系统在受到外界刺激后都会产生振荡,是当前研究的热点。例如作为重要的抑癌蛋白质的P53受到外界激励后就呈现出振荡;人体的生物钟就是一个周期约为24小时的振荡。在本论文中,我们研究了什么类型的拓扑结构可以实现无阻尼振荡并且试图探讨模体结构和动力学的关系。本文采用数值方法在米氏动力学的框架下研究3点模体的性质,结果显示振荡模体具有可设计性和一定的共性,发现长程负反馈是3点和4点不带自相互作用模体实现振荡的一个必要条件,对于该类网络的振荡必不可少。另外我们发现引入自相互作用后振荡模体的范围有所扩大,一些原来不能振荡的模体也具有振荡功能,并且必须包括负反馈。我们的研究发现了振荡和结构之间的对应关系,初步提供了振荡模体的设计方案,这有助于更好地了解生物系统的规律。其次,我们研究了复杂网络上的博弈动力学,主要探讨了网络上的合作演化博弈特性,模拟了几个平均度的不同结构的优选生长网络上的博弈动力学,包括著名的“铲雪模型”。结果表明不同的网络表现出不同的合作特性,一般在接近于无标度网络附近的合作比较强,表现为一个相变点,其它网络,例如规则网络和随机网络合作性比较差。对于平均度不同的优选生长网络,相变点不同,表明了平均度对合作存在影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-22
  1.1 系统生物学  9-13
    1.1.1 系统生物学概述  9
    1.1.2 系统生物学研究内容和程序  9-10
    1.1.3 系统生物学研究方法  10-13
  1.2 复杂网络研究  13-20
    1.2.1 复杂网络与复杂系统概述  13-14
    1.2.2 几种常见的网络结构及其性质  14-18
    1.2.3 复杂网络主要研究内容与方法  18-20
  1.3 本课题的工作  20-22
第二章振荡模体设计性研究内容、方法和结果  22-39
  2.1 3 点模体结构  22
  2.2 研究内容及方法  22-25
    2.2.1 模体米氏方程  23
    2.2.2 龙哥库塔迭代  23-24
    2.2.3 参数抽样  24-25
  2.3 无自相互作用模体研究结果  25-29
    2.3.1 2 边模体  25
    2.3.2 3 边模体  25-27
    2.3.3 4 边模体  27-29
  2.4 带自相互作用模体研究结果  29-35
    2.4.1 2 边模体  30-31
    2.4.2 3 边模体  31-33
    2.4.3 4 边模体  33-35
  2.5 自相互作用的影响  35-37
  2.6 本章小结  37-39
第三章网络上演化博弈性质研究内容、方法和结果  39-48
  3.1 浅谈博弈论  39
  3.2 博弈模型的分类  39-40
  3.3 SG 模型在网络上的演化  40-47
    3.3.1 模型概述  40-41
    3.3.2 研究内容和方法  41-42
    3.3.3 研究结果  42-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章研究结果讨论和展望  48-50
参考文献  50-53
致谢  53-54
在学期间的研究成果及发表的学术论文  54-55
附录1 龙哥库塔迭代程序  55-57
附录2 参数抽样程序  57
附录3 生长网络产生程序  57-59

可实现振荡功能的生物模体的设计性研究

内容摘要

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