پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول

تعداد صفحات: 145 فرمت فایل: word کد فایل: 1990
سال: 1388 مقطع: مشخص نشده دسته بندی: مهندسی کامپیوتر
قیمت قدیم:۳۵,۷۶۰ تومان
قیمت: ۲۹,۸۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول

    پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی  کامپیوتر-گرایش نرم افزار  

    چکیده

    مدلسازی یکی از محورهای مهم بیوانفورماتیک است چرا که بیان بیوانفورماتیکی از محیط، اساسا از طریق انواع مدلها انجام میگیرد. به دلیل این اهمیت بنیادین و گستردگی کاربرد آن، از یک سو، و کاربرد روز افزون و انقلابی بیوانفورماتیک به عنوان یک علم نوین، از سوی دیگر ،مدلسازی را به عنوان یکی از چالشهای مهم و باز در زمینه بیوانفورماتیک مطرح نموده است. کارهای زیادی در این زمینه انجام شده و به این موضوع از جنبههای متفاوتی پرداخته شده است. سلول به عنوان بنیان سازنده موجودات زنده یکی از محوریترین جنبههای پدیده پیچیده حیات است و هر قدم در شناخت از آن میتواند به فهم بهتر از حیات کمک کند. 

     این پژوهش، با انتخاب موضوع مدلسازی سلولی ،تلاش میکند تا به مدلسازی از زاویه مهندسی نرمافزار نگاه کند؛ و راهحلی ارایه نماید که برای رفع مسایلی در مدلسازی سلولی به سود متخصصین بیوانفورماتیک، به خصوص کسانی که با زمینههای مهندسی نرمافزار و علوم کامپیوتر وارد این مقوله شدهاند، بیانجامد. محور اصلی سودمندی این روش ،سادگی و وضوح نسبی آن در نظر گرفته شده است. این راه حل، با تکیه روی مفاهیم شیگرایی،  استفاده از هستان-شناسی و کارتهای CRC،  روشی مدلسازی مبتنی بر شبکههای پتری شی گرا ارایه میکند که مدلسازی سلول را پوشش میدهد. برای رسیدن به این راهحل، شبکههای پتری مطرح شیگرا و غیر شیگرا ،مقایسه گردیده اند و با توجه به نیازمندیهای مدلسازی سلول، یک روش به عنوان روش پایه انتخاب شده و تغییراتی بر روی آن، برای حمایت از نیازمندیهای مدلسازی انجام گرفته و در قالب روش پیشنهادی، بیان میگردد. نحوه کار روش از طریق مطالعه موردی نشان داده شده است و در نهایت پژوهش، با ارزیابی کیفی روش پیشنهادی، به پایان میرسد.  

     عبارات کلیدی: بیوانفورماتیک، مدلسازی سلولی، شبکه های پتری شی گرایی                                                    

    فصل اول 

    مقدمه ای بر مدل سازی 

    1-1- مقدمه 

    مدل چیست؟ مدل یعنی نمایشی ساده شده از یک پدیده که روی برخی از  جنبههای یک سیستم تاکید کند و از جنبه های دیگر  چشمپوشی نماید. به همین دلیل مدل کاربرد گستردهای در جنبههای مختلف زندگی انسان پیدا کرده است و نقش به تصویر کشیدن تجریدهای مختلف از موضوعات مطرح برای انسان را  بر عهده دارد. 

    حتی ذهن هم از تصور یعنی مدل برای پرهیز از جزییات اضافی، برای فهم استفاده می کند. وگرنه برای به یادآوردن یا فهمیدن موضوعی ساده باید سالها صبر می کردیم تا تمام جزییات آن بررسی شود. شاید بتوان مدلسازی را به این شکل تعریف کرد که »مدل، نمایش تجرید است، یعنی نمود دادن جنبه های اساسی یک مساله یا پدیده است.« یعنی به بهترین شکل باید بتوان آن را برای مقصود مورد نظر  بیان کرد بدون آنکه جزییاتی که ضروری نیستند، در نظر گرفته شوند. اینکه کدام یک از ویژگیها دیده شوند و کدامها دیده نشوند، بستگی به زاویه مدلسازی و میزان جزیی بودن آن دارد. به عنوان یک مثال، سقوط سیب (!) شاید جالب باشد. یک مدلسازی  میتواند تنها ارتفاع را در نظر بگیرد و مدل آن فقط ارتفاع و سیب را نشان خواهد داد؛ و یا با جزییاتی بیشتر، مثلا ارتفاع آن ناحیه از سطح دریا، اصطکات هوا و غیره. در نهایت  جزییترین مدل ،کمترین تجرید را خواهد داشت. این به معنی وجود تمام جزییات است؛ خود واقعیت خواهد بود!  

    اما چرا مدلسازی؟ مدلسازی یکی از مهمترین ابزار برای توصیف پدیده های واقعی و حل مشکلات دنیای واقعی است. یک مساله دنیای واقعی جزییات بسیار  پیچیدهای دارد. توصیف پدیدهی ساده مانند همان افتادن سیب از درخت (!) دارای جزییات بسیاری است:  میزان جاذبه زمین در آن نقطه، یعنی دقت در تغییر نیروی جاذبه بر سیب، جابجایی سیب و نزدیک شدن آن به سطح زمین، اندازه سیب برای اصطکاک، جهت و شدت باد یا هوا و حتی جزییاتی عجیب مانند زمان سال و ... . در نظر گرفتن این مسایل اگر غیر ممکن نباشد، محاسبه آنها بسیار طولانی می شد.

    (یعنی اگر نیوتن برای چنان مسایلی صبر  میکرد، هنوز بشریت باید منتظر نیوتن  میماند!) اما مساله ساده شد: یعنی مدلسازی انجام گرفت. شاید نه با عنوان مدلسازی – مثل نقاشی – ولی مفهوم مدلسازی در آن بکار می رود. از این رو ،فرآیندی که در آن مدلها ساخته می شوند، باید مورد بررسی قرار گیرند.   

    1-2- مدلسازی یک فعالیت طبیعی              

    مدلسازی را شاید بتوان یکی از  طبیعیترین کارهای بشر بر شمرد. به نظر  میرسد که انسان از کودکی به شکل ناخودآگاه توانایی این کار را دارد. بهترین مثال، نقاشی کودکان است! چون که از واقعیات موجود آنچه که مهمترین ویژگیها را برای آنها دارد (یعنی مدل) بر صفحه کاغذ م یانگارند. مثلا در نقاشی از یک ماشین، چرخها،  چراغها و فرمان چیزی است که غالبا در این آثار کودکانه مشاهده می شود! چرا که از نظر کودک، این ویژگیها مهمترین چیزهایی هستند که می توانند موضوع اصلی را بیان دارند. از این رو، اگر برای کودک در مورد کمربند ایمنی و اهمیت  آن صحبت شود، حتما در نقاشی بعدی، کمربند ایمنی به عنوان یک بخش از جزییات مورد نظر قرار خواهد گرفت! 

    اما مدلسازی در سطوح بالاتر، کاملا خود آگاهانه و بر اساس روش انجام  میگیرد. مثلا ساخت یک ماکت، برای یک بنای مسکونی که از جهت پذیرش بنا، ساخته  میشود یا یک مدل ریاضی برای حل یک مساله فیزیک بکار میرود که در شرایط معمولی دشواریهای زیادی دارد. گاهی این مدلسازی نیاز به مهارت زیادی دارد و تنها یک متخصص، از پس آن بر  میآید؛ ولی از نظر ماهیتی درست مشابه نقاشی کودکانه است.  

    1-3- مدلسازی در دنیای کامپیوتر 

    حیطه ای که می توان در آن، مدلسازی را کاملا نهادینه  دانست، حیطه کامپیوتر است. بسیاری از مسایلی که در حیطه نرم افزار مطرح می گردند، برخاسته از دنیای واقعی هستند. رخدادها و وضعیت های دنیای واقعی، اکثرا پیوسته هستند و از این رو، در شمار آوردن آنها ناممکن. از سوی دیگر، یک رایانه که مقصد نهایی محصولات مهندسی  نرمافزار است، ماشینی با حالتهای گسسته و محدود در نظر گرفته میشود (در تئوری تعداد حالات می توانند بی شمار باشند ولی در عمل برای حافظه و سایر منابع سیستم محدودیت وجود دارد). پس با این توصیف در تولید نرم افزار مشکلی اساسی بروز میکند. باید به نحوی دنیای نامحدود و پیوسته را به دنیای محدود و گسسته نگاشت کرد. واضح است که در این میان، نیاز به یک رابطه مشخص میان این دو حوزه وجود دارد؛ مدلسازی، همین مفهوم ارتباط دهنده می باشد.

    جزییات آنقدر کنار گذاشته  میشوند که بتوان مساله و پدیده را در قالب حالتهای محدود و مشخص بیان کرد.  

    1-4-  مدلسازی و بیوانفورماتیک 

           بیوانفورماتیک، رشته ای نوین است و آنچنان که از نام بر  میآید ،ترکیبی است از زیستشناسی و کامپیوتر. 

    مدلسازی به عنوان یکی از  پیشرانهای موجود، در این رشته جایگاه  ویژهای دارد: چون بیوانفورماتیک ،رشته ایست که کامپیوتر در آن نقش مهمی ایفا  میکند. برای آنکه جایگاه این پژوهش و منظور از مدلسازی در این رشته مشخص گردد، نگاهی به روشهای کلی تحقیق در زیست شناسی مدرن، الزامی به نظر میرسد. در زیست شناسی روشهای اصلی تحقیقات دسته های گوناگونی دارند که معروفترین آنها عبارتند از:  

    In Vivo: به انجام آزمایش در داخل یک محیط زنده گفته  میشود. مثال بارز آن، انجام آزمایشهای متنوع روی حیوانات آزمایشگاهی است. معمولا در این نوع تحقیقات، یک گروه،  به عنوان گروه کنترل انتخاب می-گردد و گروه دیگر روی آن آزمایش  میشود. در پایان  یافتههای هر دو گروه با هم مقایسه شده و نتایج بیان بدست میآید. آمار و مدلهای آماری در این تحقیقات نقش مهمی را بازی می نمایند.

    In Virto: در این نوع تحقیقات، تفاوت عمده با نوع بالا در آزمایش در خارج از محیط موجود زنده است.

    معمولا این نوع آزمایش همراه با کشتهای آزمایشگاهی بافتهای موجود زنده همراه بوده ولی از نظر کلی – بهخصوص مدلسازی – م یتوان این روش را مشابه روش بالا در نظر گرفت.

    • In Silico: این نوع تحقیقات، از جدیدترین روشهای تحقیقی است و آنچنان که از نام بر  میآید ارتباطی با سیلیکون دارد – عنصری که آن را پایه ساخت  فنآوری دیجیتال میدانند. این واژه که بر خلاف  واژههای قبلی منشا دقیق زبانی ندارد، در یک کنفرانس در مورد اتوماتاها[1] در زیست شناسی بکار رفت و از آن پس جای خود را کم کم پیدا کرد. این روش، انجام آزمایشها را به صورت مجازی، در محیط کامپیوتری مدنظر دارد. یعنی در این روش، بر خلاف روشهای پیشین،  خبری از آزمایش واقعی روی نمونه ها نیست؛ بلکه آزمایش صرفا روی داده ها انجام می گیرد. تحقیقات بیوانفورماتیک، در این شاخه قرار می گیرد.  

    از منظر مدلسازی و به شکل مقایسه ای ،در تحقیقات In Silico، مدلسازی نقشی حیاتی دارد. چون تمام سلول در این نوع تحقیقات، همان داد ههایی است که از محیط (مثلا سلول)، در قالب یک مدل بدست آمده است و م یتوان گفت که بدون آن عملا پایه ای برای تحقیق وجود ندارد. به دلیل اهمیت موضوع مدلسازی در بیوانفورماتیک، در این پژوهش به این مقوله، به عنوان موضوع اصلی پرداخته شده است.  

    1-5 - طرح مساله 

    در مدلسازی در رشته بیوانفورماتیک ،دیدگاههای گوناگونی مطرح شدهاند که هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارد از این جهت میتوان این زمینه را یک زمینه باز برای تحقیق در رشته بیوانفورماتیک دانست. بیشتر این دیدگاهها ،دیدگاههای مبتنی بر مفاهیم زیستشناسی هستند و از این جهت، نیاز به یک مدل با دیدگاه مهندسی نرمافزار احساس میشود که بتوان از تجارب این رشتهها در زمینه مدلسازی در بیوانفورماتیک بهره برد   .

    6-1- اهداف و محدوده 

    این پژوهش، تلاشی است برای همافزایی میان رشتههای مهندسی نرمافزار و بیوانفورماتیک، در زمینه مدلسازی.

    این کار از طریق پیشنهاد یک روش مشخص دنبال میشود .برای رسیدن به هدف، تمرکز روی بخشی از زیستشناسی مدرن یعنی زیستشناسی سلولی قرار گرفته تا روش پیشنهادی ،در این حیطه مطرح گردد. دلیل انتخاب مدل سلولی ،کوچکی نسبی این محیط و در عین حال، بنیادی بودن آن است. چرا که تمام حیات، آن چنان که زیستشناسی مدرن ادعا می کند، از یک سلول آغازیدن گرفته است. از این رو، میتواند بستر مناسبی برای مطرح کردن یک روش مدلسازی جدید، باشد. این روش، مبتنی بر تهیه مدلی برای عناصر اولیه مشارکت کننده (عناصر داخل سلول) است، که برای ایجاد سایر عناصر پیچیدهتر ،تعمیم پذیر خواهد بود. از این رو، مسایل بین سلولی و مقیاس بزرگتر در حیطه این تحقیق نمیگنجد.  

    1-7- بیانی از راه حل 

    شی گرایی یکی از روشهای مهم در مدلسازی است. به دلیل اینکه موجودیتهای محیط مدلسازی (مساله) در این روش منعکس میگردند و روابط میان آنها بازنمایی میشود، این روش در مدلسازی مزایایی را دارد. همچنین عمق و اهمیت روشهای شیگرایی در مهندسی نرمافزار از موضوعاتی است که شیگرایی را به عنوان روش مدلسازی مطرح میکند. از این رو، سعی شده که از روشی شیگرا به عنوان راهحلی برای موضوع مدلسازی در بیوانفورماتیک استفاده گردد. بدین منظور، شبکههای پتری به عنوان روش پایه مدلسازی در نظر گرفته شدهاند و حول آنها، نیازمندیهای مدلسازی بیوانفورماتیک مطرح شده است. دلیل انتخاب شبکههای پتری، مبنای ریاضی و همچنین کاربرد گسترده آنها در مهندسی نرمافزار میباشد. شبکههای پتری غیر شیگرا و شیگرا، با عمق بیشتر در فصل دوم و سوم بررسی شدهاند .به طور خلاصه، از نظر این پژوهش، عدم وضوح و حمایت نکردن از برخی از نیازمندیهای مدلسازی، عمده مشکلات شبکههای پتری شیگرای موجود در زمینه بیوانفورماتیک، است. برای تقویت این روشها، نیازمندیهایی وجود دارد که باید آنها را در قالب راهحلی جدید، پاسخ گفت: 

    روش سیستماتیک ساخت مدل از روی واقعیات زیست شناسی با وضوح بیشتر

    امکان پوشش کامل واکنشهای زیست شناسی

    تعیین یک تجرید مشخص که بتوان با کمک آن روش مشخصی برای شبیه سازی داشت

    این پژوهش در حوزه بیوانفورماتیک، زیر مجموعهای از زیستشناسی سیستمی است؛ و از نظر مهندسی نرمافزار، دیدگاه سیستمی مبتنی بر اشیا دارد و به دنبال روشی است تا با همافزایی میان روشهای موجود، به نتیجهای بهتر برای متخصصین بیوانفورماتیک برسد. با پاسخ به این نیازمندیها، روشی شی گرا بدست میآید که همزمان با پوشش روشهای موجود، از مزایای شی گرایی نیز، بهره میبرد.  

     

    1-8- ساختار پایان نامه 

    بر این اساس، پژوهش از شش فصل تشکیل شده است که نخست به تبیین جایگاه پژوهش و مروری بر کارهای مرتبط با این تحقیق میپردازد و از خلال آن به موضوع شبکههای شیگرا میپردازد و به دنبال یافتن پاسخی برای کاربرد شبکههای پتری شیگرا در مدلسازی بیوانفورماتیک، در فصل سوم ،به مطالعه اجمالی محیط مدلسازی، یعنی سلول با دید مدلسازی میپردازد. پس از این مطالعه، نیازمندیهای استخراج و زمینه برای مطرح شدن روش پیشنهادی آماده میگردد. در فصل چهارم، روش پیشنهادی مطرح میگردد و در فصل پنجم با مطالعه موردی، مورد تحلیل قرار

    میگیرد و فصل ششم به عنوان فصل پایانی، نتیجهگیری و کارهای آینده را پوشش میدهد.                                                     

    فصل دوم 

    کارهای مرتبط 

                 

    2-1- مقدمه 

    یکی از مهمترین مسایل در آغاز یک تحقیق، تبیین جایگاه تحقیق در موضوع مورد بررسی میباشد. معمولا این موضوع با پیشفرضی همراه است و لزومی برای بحث در مورد جایگاه، ایجاد نمیگردد؛ اما به دلیل بین رشتهای بودن و هم چنین گستردگی هر سه عرصهای که پژوهش با آنها درگیر است؛ یعنی بیوانفورماتیک، مهندسی نرمافزار و زیست- شناسی مدرن، به نظر میرسد که صحبتی مختصر در این مورد بتوان به شکلی دقیقتر موضوع را تببین نماید. پس از آن به دلیل محوری بودن شبکه های پتری در پژوهش، یک بخش اصلی از این فصل به بررسی کارهای انجام شده در کاربرد این شبکهها ،در حیطههای مدلسازی بیوانفورماتیک و زمینه فرآیندی اختصاص دارد  .

    2-2 -  نگاهی کلان به بیوانفورماتیک و مدلسازی 

    نگاه عمده در مدل سازی سلولی، استفاده از معادلات و توصیف ریاضی واکنشهای سلولی می باشد. البته نگاههای دیگری همانند روشهایی که در [1]  نام برده شدهاند، وجود دارند. در این روش، سلول یک مجموعه پیچیده از واکنش در نظر گرفته می شود که معمولا معادلات دیفرانسیل استخراج شده از مطالعات بیوشیمیایی، واحدهای بیان کننده این نوع مدل میباشند. این معادلات اکثرا به روش تجربی (In Virto یا In Vivo) بدست می آیند و میتوان از آنها با اطمینان کافی، بهره بود.  

    معادلات ریاضی، به دلیل امکان بیان قوی در تحقیقات In Silico  و  همچنین قدمت و عمق دانش بیوشیمیایی در زیست شناسی مدرن ،در  گستره وسیعی از بیوانفورماتیک استفاده می گردد.  

    3-2- زیست شناسی سیستمی[2]  

    یکی از دیدگاههای مطرح در بیوانفورماتیک که از سال 2000 به بعد در این رشته به وجود آمده است، زیست شناسی سیستمی  نام دارد [2]. در این نوع نگاه، سیستم دارای محوریت است و محیطهای زیست شناسی به مثابه سیستمها و مجموعه ای از سیستمها دیده می شوند. دلیل انتخاب این دیدگاه، نزدیکی آن به دیدگاه مهندسی است و در نتیجه، برای پژوهش، نقطه ورود مناسبتری به دنیای شگفت بیوانفورماتیک و زیست شناسی، خواهد بود.  

                                                                                                                                                        

    دلیل مشابهت این دو دیدگاه، پیچیدگی ذاتی محیطهایی است که این دو دیدگاه در آنها بکار میروند. در یک سو ،سیستمهای نرم افزاری قرار دارند: مجموعه ای از فرآیندها، نیروی انسانی، مشتریان و حتی گاهی سازمانها که در تعامل با هم محیط را می سازند. هر کدام از اجزا، پیچیدگیهای خاص خود را دارد.  این پیچیدگیها هستند که کار را به سمت نگاه سیستمی و انتخاب بهترین راه حلها از بین راه حل های موجود، سوق میدهد. از سوی دیگر، شگفت انگیزترین پدیدهای که انسانها را احاطه کرده، یعنی حیات، قرار دارد: مجموعه ای از سلولها و واحدهای سازنده موجودات زنده که به نوبه خود، واحدهای پیچیده تر حیاتی را تشکیل می دهند و این واحدها، موجودات پیچیده تر را تشکیل میدهند. 

    به مشابه آنچه که سیستم را در نرم افزار مطرح کرد، این پیچیدگی باعث شده است که برخی محققین در زیستشناسی، نگاه سیستمی را انتخاب نمایند.  

     

    2-4- زیست شناسی سیستمی و مهندسی نرم افزار 

    هر منظری، روشهای مدلسازی خاصی برای خود دارد و هر روشی عناصر مناسبی می طلبد. این عناصر باید مفاهیم روشی را که بدان تعلق دارند، منعکس نمایند تا مدلسازی همگن و قابل پذیرش باشد. این نکته، در زیست شناسی سیستمی ،هم صادق است و روشهای مدلسازی متفاوتی در این زمینه ایجاد شده است. بر اساس این، روشهای مدلسازی و ابزارهایی به منظور سادگی و تسریع تحقیقات، توسط گروههای مختلفی ایجاده شده اند مثل  نرمافزارهای E-Cell [3] و یا [4]Cell Illustrator که میتوان از آنها به عنوان دو ابزار کامل مدلسازی تمام سلولی[3] نام برد. هر کدام از این ابزارها مزایا و معایبی نسبی دارند.  این مزایا و معایب از دیدگاه مهندسی نرم افزار از چند جهت قابل بررسی است. در اینجا، برای ملموس شدن موضوع از نظر مهندسی نرم افزار، از بالا به پایین و به شکل مقایسه ای با مفاهیم مهندسی نرم افزار به موضوع نگاه شده است: 

    الف) نوع نگاه: بنیادی ترین موضوع در مزایا و معایب، این مساله است. نوع نگاه را می توان به مثابه پارادایم در مهندسی نرم افزار گرفت. همانطوری که در مهندسی نرم افزار پارادایمهایی همچون ساختیافته و شی گرا وجود دارد. 

    بر اساس آن، مزایا و معایب مفهومی برای کل سیستم ایجاد می گردد که در منابع مهندسی نرم افزار موجود است. در زیست شناسی هم نگاههای متفاوتی به موضوع وجود دارد. مثلا برخی روشها، نگاه شیگرایی و تمام-سیستمی را برای محیط استفاده میکنند]5[ و برخی دیگر، از روشهای مبتنی بر معادلات دیفرانسیل بهره میبرند.

    روش مدلسازی: به مانند مهندسی نرم افزار که روشهای متفاوتی برای تولید نرم افزار، از هر کدام از پارادایمها ناشی می گردد که به نوبه خود مزایا و معایبی را در فرآیند ایجاد مینماید؛ در زیست شناسی هم روشهای متفاوتی برای مدلسازی وجود دارد. مثلا روشهای از بلادرنگ و همروند استفاده میکنند و معادلات دیفرانسیل، روش برخی دیگر را تشکیل میدهند.

    عناصر شبیه سازی: برخی از این مزایا و معایب مستقیما از عناصر مورد استفاده در سطوح مختلف مدلسازی، ناشی می گردد. مثلا ممکن است که در یک کاربرد، عنصری بسیار ساده بکار رود و یا در کابرد دیگری مشکلتر باشد. 

    مانند معادلات دیفرانسیل که برای فرآیندهای کوتاه و یا با طول متوسط، ابزار خوبی است ولی در واکنشهای پیچیده و یا میان سلولی، به دلیل حجم بالای محاسبات، ابزار سادهای نیست.  

     

    Abstract

    Modeling is one of the main topics in bioinformatics since bioinformatics' expression of the environment is mainly carried out through models. Because of this fundamental importance and the vast application of it, on the one hand, increasing revolutionary use of bioinformatics as a new science, on the other hand, modeling has emerged as an important open challenge in bioinformatics.  Many work has been done in this context and it has been studied from various aspects.Cell as the building block of the living beings is one of the main aspects of the complex phenomenon of life; and every step in understanding the behavoir of cells can lead to better understanding of life.

    This research is trying to look at modeling form the Software Engineering point of view by choosing  Cell Modeling as a subject,and to present a solution to solving some problems in Cell Modeling which will benefit bioinformatist, specially, the ones who deal with this subject with Software Engineering and Computer Science backgrounds. 

     

    The main benefit of this method is thought to be its relative simplicity and unambiguity. This modeling technique, relying on object-oriented concepts and the use of ontology and CRC cards, presents an object oriented petri net based method that covers cell modeling requirements. In order to acheive this solution, the known object roiented and non-object oriented petri nets are compared, and according to the needs of cell modeling, one of the methods is chosen as the main method,while some changes can be made in order to support the cell modeling needs. The method can be applied through  case studies,and the research ends with  qaulitative evlaluation of the method.

    Keywords: Bioinformatics, Cell Modeling, Object-Oriented Petri Nets 

  • فهرست و منابع پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول

    فهرست:

    فهرست.........................................................................................................................................................................................هشت 

    چکیده ........................................................................................................................................................................................دوازده 

    فصل اول .................................................................................................................................................................................................1-1-  مقدمه....................................................................................................................................................................................... 2

    مدلسازی یک فعالیت طبیعی............................................................................................................................................. 3

    مدلسازی در دنیای کامپیوتر............................................................................................................................................... 3

    مدلسازی و بیوانفورماتیک.................................................................................................................................................. 4

    طرح مساله.............................................................................................................................................................................. 5

    اهداف و محدوده.................................................................................................................................................................... 5

    بیانی از راه حل...................................................................................................................................................................... 5

    ساختار پایان نامه.................................................................................................................................................................. 6

    فصل دوم ................................................................................................................................................................................................ 7 2-1-  مقدمه...................................................................................................................................................................................... 8

    2-2-   نگاهی کلان به بیوانفورماتیک و مدلسازی..................................................................................................................... 8

    3-2-  زیست شناسی سیستمی..................................................................................................................................................... 8

    2-4-  زیست شناسی سیستمی و مهندسی نر مافزار................................................................................................................. 9

    2-5-  انتخاب نگاه...........................................................................................................................................................................10

    2-6- مدلسازی ریاضی و شی گرایی در یک نگاه....................................................................................................................11

                         هشت2-7-  معرفی شبکه های پتری....................................................................................................................................................13

    2-7- 1-  ساختار شبکه پتری ........................................................................................................................................................ 14

    2-7- 2- علامت گذاری شبکه پتری .............................................................................................................................................. 16

    2-8-  قوانین اجرا بر شبکه پتری.................................................................................................................................................16

    2-9-  انواع شبکه های پتری........................................................................................................................................................17

    2-9- 1- شبکه  های پتری تصادفی ............................................................................................................................................. 17

    2-9- 2- شبکه  های پتری پیوسته .............................................................................................................................................. 19

    2-9- 3- شبکه پتری زماندار .......................................................................................................................................................... 20

    2-9- 4- شبکه های پتری ترکیبی ............................................................................................................................................... 21

    2-9- 5- شبکه  های پتری خود-اصلاحی و عملکردی ........................................................................................................... 24

    2-9- 6- شبکه های پتری ترکیبی عملکردی ............................................................................................................................ 25

    2-9- 7- شبکه های پتری شی گرا............................................................................................................................................... 27

    2-01-  شبکه های پتری در بیوانفورماتیک..............................................................................................................................39

    2-11-  شبکه های پتری و شبکه های زیستی........................................................................................................................44

    2-11- 1-  شبکه های بیوشیمیایی ............................................................................................................................................... 44

    2-11- 2-  شبکه های ژنتیکی ......................................................................................................................................................... 46

    2-11- 3-  شبکه های سیگنالی ..................................................................................................................................................... 47

    2-21-  نتیجه گیری  فصل...........................................................................................................................................................48

    فصل سوم ............................................................................................................................................................................................ 49 3-1-  مقدمه....................................................................................................................................................................................50

    3-2-  زیست شناسی: نگاهی نزدیکتر.........................................................................................................................................50

                                                                           نه

     

    3-2- 1-  زیست شناسی مدرن ..................................................................................................................................................... 50

    3-2- 2- سلول: از بالا به پایین و از پایین به بالا ...................................................................................................................... 51

    3-3-  مدلسازی پاسخی برای پیچیدگی....................................................................................................................................53

    3-3- 1- سیتوپلاسم ......................................................................................................................................................................... 54

    3-3- 2- غشای سلول ...................................................................................................................................................................... 55

    3-3- 3- گیرندههای غشا ................................................................................................................................................................ 57

    3-3- 4- شبکه آندوپلاسمی ........................................................................................................................................................... 58

    3-3- 5- دستگاه گلژی .................................................................................................................................................................... 61

    3-3- 6- لیزوزوم ................................................................................................................................................................................ 62

    3-3- 7-  هسته ................................................................................................................................................................................. 62

    3-3- 8- میتوکندری ........................................................................................................................................................................ 64

    3-4-  نیازمندیهای شبکه های پتری برای مدلسازی..............................................................................................................66

    3-5-  نتیجه گیری فصل...............................................................................................................................................................69

    فصل چهارم ......................................................................................................................................................................................... 70 4-1-  مقدمه....................................................................................................................................................................................71

    4-2-  انتخاب شبکه پتری شی گرا.............................................................................................................................................71

    4-3-  بیان غیر رسمی روش پیشنهادی....................................................................................................................................73

    4-3- 1- انتخاب موجودیتهای اصلی بر اساس هستان شناسی ............................................................................................. 73

    4-3- 2- بدست آوردن نقشهای دخیل در شبکه های زیستی به وسیله کارتهای CRC ............................................... 77

    4-3- 3- افزودن ارث بریها .............................................................................................................................................................. 78

    4-3- 4-  افزودن عبارت مسیر برای محدود کردن ترتیب مسئولیتهای کارتها ................................................................. 79

    ده

     

     

    4-3- 5- کشیدن شبکه پتری متناسب با هر کارت برای انجام مسؤلیتها ........................................................................... 79

    4-3- 6- افزودن همکاریهای هر کارت ......................................................................................................................................... 85

    4-3- 7-  بازبینی مدل برای اطمینان از صحت آن .................................................................................................................. 85

    4-3- 8- شبیه سازی مدل بدست آمده ...................................................................................................................................... 87

    4-3- 9- به روز رسانی کتابخانه نقش .......................................................................................................................................... 89

    4-3- 01-  قابلیت استفاده مجدد در مدل ................................................................................................................................... 89

    4-4-  نتیجه گیری فصل...............................................................................................................................................................90

    فصل پنجم .......................................................................................................................................................................................... 92 5-1-  مقدمه....................................................................................................................................................................................93

    5-1- 1- رگولاسیون پروتئین G................................................................................................................................................... 93

    5-1- 2- مرگ سلولی .................................................................................................................................................................... 100

    5-2-  نتیجه گیری فصل............................................................................................................................................................111

    فصل ششم ....................................................................................................................................................................................... 112 6- 1- مرور مراحل پژوهش........................................................................................................................................................113

    6- 2- ارزیابی میزان موفقیت روش پیشنهادی......................................................................................................................114

    6- 3- کاربرد روش پیشنهادی...................................................................................................................................................115

    6- 4- مقایسه روش پیشنهادی با سایر روشها.......................................................................................................................115

    6- 5- کارهای آینده.....................................................................................................................................................................118

    ضمایم ................................................................................................................................................................................................ 119

    فهرست منابع و مراجع .................................................................................................................................................................. 134

     

    منبع:

    [1]           Snoep, J.L., et al., "From isolation to integration, a systems biology approach for building the Silicon Cell," Systems Biology: Definitions and Perspectives p. 7, 2005.

    [2]          E-Cell Software, www.e-cell.org [Online]

    [3]         Cell Illustrator. www.cellillustrator.com. [Online]

    [4]          Hucka, M., "The systems biology markup language (SBML): a medium for representing and exchange of biochemical network models," Bioinformatics, vol 19., pp. 531-524, 2003.

    [5]         Chen, L., et al., "Modeling and Simulation of Signal Transductions in an apoptosis pathway by using Petri nets," Bioscience, vol 32, pp. 113-127, 2006.

    [6]          Takasahim K., etal., "E-Cell 2: Multi-Platform E-Cell simulation system" Bioinformatics, vol 19, pp. 1729-1727, 2003.

    [7]         برزمینی، ر. »شبکههای پتری و مدلسازی سیستمهای کنترل از راه دور بر اساس اینترنت با استفاده از شبکههای پتری.« دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.  

       (http://bme.aut.ac.ir/~towhidkhah/systemident/PetriNet)

    [8]         Goss, P.J.E., Peccuod, J., "Quantitative modeling of stochastic systems in molecular biology by using stochastic Petri nets" In Proc. Natl. Acad. Sci. pp. 6750-6755, 1998.

    [9]          Bos, W., "Modeling Biological Systems Using Petri Nets," Department of

    Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science, University of Twente,  2008

    [10]        R. D., H. A., "Continous and Hybrid Petri Nets", Jouranl of Circuits, Systems and Computers, vol. 8, pp. 159-188, 1998.

    [11]        Hofestädt, R و .Thelen, S., "Quantitative modeling of biochemical networks," In Silico Biology, vol. 1, pp39-53, 1998.

    [12]       Mutsano, H., etal., "Biopathways Representation and Simulation on Hybrid Functional Petri Net," In Silico Biology, vol.3, 2003.

    [13]      Nagasaki, M., etal.,."Petri Net Based Description and Modeling of Biological Pathways," Algebric Biology, vol. 19, pp. 19-31, 2005.

    [14]       Nagasaki, M., etal., "A Versatile Petri Net Based Architecture for Modeling and

    Simulating of Complex Biological Processes," Genome Informatics, vol.15, pp. 180197, 2004. 

    [15]      Hong, J., Bae, D., "Software modeling and analysis using a hierarchical objectoriented Petri net," Information Sciences: an International Journal, vol. 130, pp. 131164, 2000.

    [16]       Lakos C., Keen C., "LOOPN++: A New Language for Object-Oriented Perti Nets," Networking Research Group, Univesity of Tasmania, Australia, 1994. 

    [17]      Lakos, C. "The Object Orientation of Object Petri Nets," Int'l workshop on ObjectOriented and Models of Concurrency, 1995.

    [18]      Perkusich A., Figueiredo J.C.A., "G-Nets: a Petri Net Based Approach for Logical and Timing Analysis of Complex Software Systems," Journal of Systems and Software, vol. 39, pp. 39-59, 1997.

    [19]       Maier C., etal., "Object Coloured Petri Nets - a Formal Technique for Object Oriented Modeling," Lectures Notes in Computer Science, pp. 406-427, 2001. 

    [20]       Shams Aliee, F., "Modeling the behaviour of processes using collaborating objects," PhD Thesis, U.K. University Of Manchester, Dept. of Computer Science, 1996. 

    [21]       Peters, L., Schultz, R., "The Application of Petri-Nets in Object-Oriented Enterprise Simulation," the 26th Hawaii International Conference on System Science. vol. 4, pp. 390-398, 1993.

    [22]      Li.C, etal. "On modeling and analyzing signaling pathways with inhibitory interactions based on Petri net," The 2005 Internatinal Joint Conference of InCoB, AASBi and KSBI (BIOINFO2005), pp. 348-353, 2005.

    [23]     Chaouiya, C., "Petri net modelling of biological networks," Brief Bioniformatics, vol. 4, pp210-219, 2007.

    [24]      Bankhead, A., etal. "Gene knockout experiments to quantify a G2/M genetic network simulation for mammary cancer susceptibility," In Silico Biology , vol. 4, 2006. 

    [25]     Greenwald, I., "LIN-12/Notch signaling: lessons from worms and flies," Genes Dev. vol. 12, pp1762-1751, 1998.

    [26]      Takai-Igarashi, T., "Ontology Based Petri Net Modeling of Signaling Networks," JSBi, 2008.

    [27]     Kitakaze, H., etal. "Perdiction of Debacle Points for Robustness of Biological

    Pathways by Using Recurrent Neural Networks," Genome Informatics, vol. 1, pp. 192202, 2005.

    [28]     Heiner, M., "Model Validation of Biological Pathways Using Petri Nets- Demostrated for Apoptosis," Biosystems, vol. 75, pp. 15-22, 2004.

    [29]      Reenskauge, T., World, P و .Lehne, O. A. "Working With Objects: The OOram Software Engineering Method,", Manning Publication Co, 1995.

    [30]      Webb, K., White, T., "UML as a cell and biochemistry modeling language," BioSystems, vol. 80, pp 283-302, 2005.

    [31]      Alberts, B., etal. "Molecular Biology of the Cell" Garland Science , USA, New York, 2002.

    [32]     Lodish, H., etal. "Molecular Biology" WH Freeman & Co., USA, New York, 1999. 

    [33]     OOCPN Blog. http://oocpn.wordpress.com [Online]

    [34]     Oak Ridge National Labratory. www.ornl.gov [Online]

    [35]     Center for Biological Sequence Analysis. http://www.cbs.dtu.dk [Online]

    [36]     Cooper, G, M,. "The Cell - A Molecular Approach" Sinaure Associates, Inc., 2000. [38] http://content.answers.com/main/content/img/oxford/Oxford_Body/ [Online] 

پروپوزال در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , گزارش سمینار در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , تز دکترا در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , رساله در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , پایان نامه در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , تحقیق در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , مقاله در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , تحقیق دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , مقاله دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول , پروژه دانشجویی درباره پایان نامه بررسی کاربرد شبکه های پتری شی گرا در مدل سازی سلول
ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت