Roh，Min K。 用于有效表征生化系统中罕见事件概率的数据驱动方法。 （英语） Zbl 1422.92073号 牛市。数学。生物。 81，第8期，3097-3120（2019）. 摘要：随着数学模型和计算工具变得更加复杂和强大，以准确描述系统动力学，以前被认为在计算上不切实际的数值方法开始用于大规模仿真。描述生化系统中罕见事件的方法就是这种现象的一部分，因为其中许多方法计算成本高昂，需要高性能计算。本文介绍了双加权随机模拟算法（dwSSA）的增强版本[B.J.戴格尔等，“生物化学系统中罕见事件概率的自动估计”，J.Chem。物理。134, 044110 (2011;doi.org/10.1063/1.3522769)],称为\（dwSSA^{+}，\），当dwSSA中的传统多级交叉熵方法无法收敛或收敛非常慢时，该方法显著提高了收敛到罕见事件的速度。这一成就是由一种新颖的多项式跳跃方法实现的，该方法使用过去的数据来检测缓慢的收敛，并试图将系统推向罕见的事件。我们证明了（dwSSA^{++}）在两个系统上的性能，即易感-感染-恢复-易感疾病动力学模型和酵母极化模型，并将其计算效率与dwSSA进行了比较。 引用于2文件 MSC公司： 第92页第45页 生化问题中的动力学（药代动力学、酶动力学等） 92立方厘米 系统生物学、网络 60华氏35 随机方程的计算方法（随机分析方面） 92-08 生物学问题的计算方法 关键词：随机模拟;罕见事件概率估计;安全保障局;dwSSA公司;Gillespie算法;重要性抽样 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{M.K.Roh}，公牛。数学。生物学81，第8期，3097-3120（2019；Zbl 1422.92073） 全文： 内政部 参考文献： [1] Arkin A，Ross J，McAdams HH（1998）噬菌体λ感染大肠杆菌细胞发育途径分叉的随机动力学分析。遗传学149（4）：1633-1648。http://www.genetics.org/content/149/4/1633 [2] Auger A，Chatelain P，Koumoutsakos P（2006）R跳跃：通过反应跳跃加速随机模拟算法。化学物理杂志125（8）：084103。https://doi.org/10.1063/1.2218339 ·doi:10.1063/1.2218339 [3] Ball K，Kurtz TG，Popovic L，Rempala G（2006）反应网络多尺度近似的渐近分析。《应用概率年鉴》16（4）：1925-1961。https://doi.org/10.1214/10051606000000420 ·Zbl 1118.92031号 ·doi:10.1214/105051606000000420 [4] Bar EE、Ellicott AT、Stone DE（2003）G在芽殖酵母交配期间将rho1招募到极化生长的位置。生物化学杂志278（24）：21798-21804。https://doi.org/10.1074/jbc.M212636200。 http://www.jbc.org/content/278/24/21798.摘要 [5] Ben Hammouda C，Moraes A，Tempone R（2017）多水平杂交分步隐式τ叶。数字算法74（2）：527-560。https://doi.org/10.1007/s11075-016-0158-z ·Zbl 1357.65005号 ·doi:10.1007/s11075-016-0158-z [6] Cao Y，Gillespie D，Petzold L（2005）化学反应系统随机部分平衡假设的多尺度随机模拟算法。计算物理杂志206（2）：395-411。https://doi.org/10.1016/j.jcp.2004.12.014。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021999104005182 ·兹比尔1088.80004 [7] Cao Y，Gillespie DT，Petzold LR（2004）慢尺度随机模拟算法。化学物理杂志122（1）：014116。https://doi.org/10.1063/1.1824902 ·doi:10.1063/11.1824902 [8] Cao Y，Gillespie DT，Petzold LR（2007），带自动τ选择的自适应显式-隐式τ重叠方法。化学物理杂志126（22）：224101。https://doi.org/10.1063/1.2745299 ·doi:10.1063/1.2745299 [9] Cao Y，Lu HM，Liang J（2010）噬菌体λ中溶原的可遗传和稳健表观遗传状态的概率图。《国家科学院院刊》107（43）：18445-18450。https://doi.org/10.1073/pnas.1001455107。 http://www.pnas.org/content/107/43/18445摘要 [10] Chevalier MW，El-Samad H（2009）随机蜂窝网络多尺度模拟的严格框架。《化学物理杂志》131（5）：054102。https://doi.org/10.1063/1.3190327 ·doi:10.1063/1.3190327 [11] Daigle BJ、Roh MK、Gillespie DT、Petzold LR（2011）《生物化学系统中罕见事件概率的自动估计》。化学物理杂志134（4）：044110。https://doi.org/10.1063/1.3522769 ·doi:10.1063/1.3522769 [12] Donovan RM，Sedgewick AJ，Faeder JR，Zuckerman DM（2013）使用轨迹加权集合对化学动力学网络进行有效随机模拟。化学物理杂志139（11）：115105。https://doi.org/10.1063/1.4821167 ·doi:10.1063/1.4821167 [13] Drawert B，Lawson MJ，Petzold L，Khammash M（2010）用于有效模拟随机反应扩散主方程的扩散有限状态投影算法。化学物理杂志132（7）：074101。https://doi.org/10.1063/1.3310809 ·数字对象标识代码：10.1063/1.3310809 [14] Gibson MA，Bruck J（2000）多物种多通道化学系统的高效精确随机模拟。物理化学杂志A 104（9）：1876-1889。https://doi.org/10.1021/jp993732q ·doi:10.1021/jp993732q [15] Gillespie DT（1976）数值模拟耦合化学反应随机时间演化的通用方法。《计算物理杂志》22（4）：403-434。https://doi.org/10.1016/0021-9991(76)90041-3. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021999176900413 [16] Gillespie DT（1977）耦合化学反应的精确随机模拟。《物理化学杂志》81（25）：2340-2361。https://doi.org/10.1021/j100540a008 ·doi:10.1021/j100540a008 [17] Gillespie DT（2001）化学反应系统的近似加速随机模拟。化学物理杂志115（4）：1716-1733·数字对象标识代码：10.1063/1.1378322 [18] Gillespie DT，Cao Y，Sanft KR，Petzold LR（2009）随机化学动力学模型简化的微妙业务。化学物理杂志130（6）：064103。https://doi.org/10.1063/1.3072704 ·doi:10.1063/1.3072704 [19] Gillespie DT，Roh M，Petzold LR（2009）改进加权随机模拟算法。化学物理杂志130（17）：174103。https://doi.org/10.1063/1.3116791 ·数字对象标识代码：10.1063/1.3116791 [20] Goutsias J（2005）随机生物化学系统中快速反应动力学的准平衡近似。化学物理杂志122（18）：184102。https://doi.org/10.1063/1189434 ·数字对象标识代码：10.1063/11889434 [21] Grima R，Schmidt DR，Newman TJ（2012），遗传反馈回路的稳态波动：精确解。化学物理杂志137（3）：035104。https://doi.org/10.1063/1.4736721 ·doi:10.1063/1.4736721 [22] Kang HW，Kurtz TG（2013）随机反应网络的时间尺度分离和模型简化。《Ann Appl Probab》23（2）：529-583。https://doi.org/10.1214/12-AAP841。 http://projecteuclid.org/euclid.aoap/1360682022 ·Zbl 1377.60076号 [23] Kuwahara H，Mura I（2008）分析生化系统中罕见事件的高效准确随机模拟方法。化学物理杂志129（16）：165101。https://doi.org/10.1063/1.2987701 ·数字对象标识代码：10.1063/1.2987701 [24] Luebeck EG，Moolgavkar SH（2002）多阶段致癌和结直肠癌发病率。《国家科学院院刊》99（23）：15095-15100。https://doi.org/10.1073/pnas.222118199。 http://www.pnas.org/content/99/23/15095摘要 [25] Maisonneuve E、Castro-Camargo M、Gerdes K（2013）（p）ppgpp通过随机诱导毒素-抗毒素活性来控制细菌的持久性。单元格154（5）：1140-1150。https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.07.048。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867413009586 [26] Mauch S，Stalzer M（2010）使用Gillespie的直接方法计算稳态解的有效方法。化学物理杂志133（14）：144108。https://doi.org/10.1063/1.3489354。 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2973983/ [27] McClure AW，Minakova M，Dyer JM，Zyla TR，Elston TC，Lew DJ（2015）极化g蛋白信号在跟踪信息素梯度中的作用。Dev Cell 35（4）：471-482。https://doi.org/10.1016/j.devcel.2015.10.024 ·文件编号：10.1016/j.devcel.2015.10.024 [28] Moolgavkar SH，Knudson AGJ（1981），突变与癌症：人类致癌模型。美国国家癌症研究所杂志66（6）：1037-1052·doi:10.1093/jnci/66.6.1037 [29] Munsky B，Khammash M（2006）化学主方程解的有限状态投影算法。化学物理杂志124（4）：044104。https://doi.org/10.1063/1.2145882 ·Zbl 1131.82020号 ·doi:10.1063/1.2145882文件 [30] Nikaido H（2009）《细菌的多药耐药性》，《生物化学评论年鉴》78:119-146。https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.78.082907.145923。 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2839888/ [31] Ramaswamy R，Gonzalez-Segredo N，Sbalzarini IF（2009）化学反应网络的新型高效精确随机模拟算法。化学物理杂志130（24）：244104-244113·数字对象标识代码：10.1063/1.3154624 [32] Roh MK，Daigle BJ，Gillespie DT，Petzold LR（2011）用于随机生物化学罕见事件自动表征的状态相关双加权随机模拟算法。化学物理杂志135（23）：234108。https://doi.org/10.1063/1.3668100 ·数字对象标识代码：10.1063/1.3668100 [33] Roh MK，Gillespie DT，Petzold LR（2010）加权随机模拟算法中重要抽样的状态相关偏倚方法。化学物理杂志133（17）：174106。https://doi.org/10.1063/1.3493460 ·doi:10.1063/1.3493460 [34] Rubinstein RY（1997）具有罕见事件的计算机仿真模型优化。欧洲运营研究杂志99（1）：89-112。https://doi.org/10.1016/S0377-2217(96)00385-2 ·Zbl 0923.90051号 ·doi:10.1016/S0377-2217（96）00385-2 [35] Rubinstein RY，Kroese DP（2004）交叉熵方法：组合优化的统一方法。蒙特卡罗模拟和机器学习。纽约州施普林格·Zbl 1140.90005号 ·doi:10.1007/978-1-4757-4321-0 [36] Slepoy A，Thompson AP，Plimpton SJ（2008）模拟大型生化反应网络的恒定时间动力学蒙特卡罗算法。化学物理杂志128（20）：205101。https://doi.org/10.1063/1.2919546 ·doi:10.1063/1.2919546 [37] Tian T，Burrage K（2004）模拟随机化学动力学的二项式跳跃方法。化学物理杂志121（21）：10356-10364。https://doi.org/10.1063/1.1810475 ·doi:10.1063/1.1810475 [38] Wang Y，Waters J，Leung ML，Unruh A，Roh W，Shi X，Chen K，Scheet P，Vattathil S，Liang H，Multani A，Zhang H，Zhao R，Michor F，Meric-Bernstam F，Navin NE（2014）单核基因组测序揭示的乳腺癌克隆进化。《自然》512（7513）：155-160。https://doi.org/10.1038/nature13600。 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4158312/ [39] Watts DJ、Muhamad R、Medina DC、Dodds PS（2005）《分层集合种群模型中的多尺度、死灰复燃疫情》。美国国家科学院院刊102（32）：11157-11162。https://doi.org/10.1073/pnas.0501226102。 http://www.pnas.org/content/102/32/11157.摘要 [40] Xu Z，Cai X（2011）生物化学反应系统中稀有事件有效模拟的加权下一反应方法和参数选择。EURASIP生物信息系统生物学杂志2011（1）：4。https://doi.org/10.1186/1687-4153-2011-797251 ·doi:10.1186/1687-4153-2011-797251 [41] Zelnik YR、Solomon S、Yaari G（2015），物种生存源自罕见的个体迁徙事件。科学报告5:7877。https://doi.org/10.1038/srep07877 ·doi:10.1038/srep07877 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。