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Kac-Rice公式和多项式方程参数化系统的解数。 (英语) Zbl 1502.14145号

考虑一个参数化的(n)变量多项式方程组(f_{kappa}(t)=0,在a中为,在B中为kappa是\(0,1,2,\点,\英寸\)
一个有趣的例子是这样一个系统来自ODE系统的平衡解,例如模拟化学反应网络的ODE系统。理论上,人们可以通过量词消去或柱面代数分解来解决这个问题,但这在计算上对于具有三个或四个参数和三或四个变量的小型系统已经不可行。欢迎使用数值方法。
作者提出并详细描述了一种使用Kac-Rice公式的方法。通过这种方法,他们能够使用蒙特卡罗积分计算盒子中参数空间的近似分区。此技术在具体示例中非常有用且成功,因为可以从一个非常粗糙的分区开始,并在迭代问题中计算上仍然可行的地方继续对其进行优化。更精细的分区“just”需要更多的计算。
该策略可以处理参数数量远大于精确方法的情况,作者提供了清晰具体的示例。这些算法是用几种不同的编程语言实现的,它们讨论了一些计算困难和限制。

MSC公司:

2014年第30季度 计算实代数几何
第13页,共15页 求解多项式系统;结果
65二氧化碳 蒙特卡罗方法
65天30分 数值积分
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参考文献:

[1] R·J。阿德勒和J.E。泰勒。2007年,《随机场与几何》,第1版,施普林格出版社,纽约·Zbl 1149.60003号
[2] Aliprantis,Charalambos D.,《真实分析原理》,xiii+285页(1981年),北荷兰出版公司,纽约-阿姆斯特丹·Zbl 0472.28001号
[3] Auffinger,Antonio,自旋玻璃的随机矩阵和复杂性,Comm.Pure Appl。数学。,165-201年(2013年)·Zbl 1269.82066号 ·doi:10.1002/cpa.21422
[4] Aza“{\i}s,Jean-Marc,随机过程和场的水平集和极值,xii+393 pp.(2009),John Wiley&Sons,Inc.,新泽西州霍博肯·Zbl 1168.60002号 ·doi:10.1002/9780470434642
[5] C.P.公司。巴戈斯基,J.贝瑟,C.R。弗雷和J.E。费雷尔。2003.JNK级联作为哺乳动物细胞中的生化开关:超敏和全或单反应,Curr。生物学13,第4期,315-320。
[6] 《实超曲面和复超曲面上的随机域和线的枚举几何》,数学。1773-1810年(2019年)·Zbl 1423.14303号 ·doi:10.1007/s00208-019-01837-0
[7] Basu,Saugata,《实代数几何中的算法》,《数学中的算法和计算》,x+662页(2006年),施普林格-弗拉格出版社,柏林·Zbl 1102.14041号
[8] Bihan,神父{e} d日\'{e} 里克,化学反应网络中正根和多稳态区域的下限,《代数杂志》,367-411(2020)·Zbl 1453.92120号 ·doi:10.1016/j.jalgebra.2019.1002
[9] 布拉德福德,罗素,真值表不变柱面代数分解,J.符号计算。,1-35 (2016) ·Zbl 1351.68314号 ·doi:10.1016/j.jsc.2015.111.002
[10] V.Chickarmane,C.Troein,美国。编号,H.M。索罗和C.彼得森。2006.胚胎干细胞转换的转录动力学,PLOS Compute。《生物学》9,第2期,第123页。
[11] C.Conradi、E.Feliu、M.Mincheva和C.Wiuf。2017.确定多平稳性的参数区域,PLOS计算。生物学13,编号10,1005751。
[12] Conradi,Carsten,《基于线性不等式的大规模作用网络中的切换》,SIAM J.Appl。动态。系统。,110-134 (2012) ·兹比尔1235.37034 ·数字对象标识码:10.1137/10081722X
[13] Conradi,Carsten,允许单项参数化的系统总浓度空间中的多平稳性,Bull。数学。生物学,4174-4209(2019)·兹比尔1427.92039 ·文件编号:10.1007/s11538-019-00639-4
[14] C.Conradi和M.Mincheva。2014.催化常数使双磷酸化中出现双稳态,J.R.S.Interface,11,no.95。
[15] Corvez,Solen,《几何中的自动演绎》。使用计算机代数工具对串行操纵器进行分类,计算机课堂讲稿。科学。,31-43(2004),柏林斯普林格·Zbl 1202.68489号 ·doi:10.1007/978-3-540-24616-9
[16] Cox,David A.,《使用代数几何》,《数学研究生教材》,xii+572页(2005),纽约斯普林格出版社·Zbl 1079.13017号
[17] P.Donnell、M.Banaji、A.Marginean和C.Pantea。2014.CoNtRol:化学反应网络分析的开源框架,生物信息学,30,no.11633-1634。
[18] Edelman,Alan,一个随机多项式有多少个零点是实的?,牛。阿默尔。数学。Soc.(N.S.),1-37(1995)·Zbl 0820.34038号 ·doi:10.1090/S0273-0979-1995-00571-9
[19] P.Ellison、M.Feinberg、H.Ji和D.Knight,《化学反应网络工具箱》,2.2版。可在线访问http://www.crnt.osu.edu/CRNTWin网站, 2012.
[20] 英格兰,Matthew,ISSAC’15-2015 ACM符号和代数计算国际研讨会论文集。改进方程约束在柱面代数分解中的使用,165-172(2015),ACM,纽约·Zbl 1346.68283号
[21] England,Matthew,带等式约束的圆柱代数分解,J.符号计算。,38-71 (2020) ·Zbl 1432.68599号 ·doi:10.1016/j.jsc.2019.07.019
[22] Evans,Steven N.,自由多项式随机系统的期望零点数,电子。公共概率。,278-290 (2006) ·Zbl 1130.60010号 ·doi:10.1214/ECP.v11-1230
[23] M.Feinberg,化学反应网络结构和复杂等温反应器的稳定性-II。缺陷一网络的多稳态,化学。工程科学。43(1988),第1期,第1-25页。
[24] Feinberg,Martin,一类化学反应网络稳态的存在性和唯一性,Arch。理性力学。分析。,311-370 (1995) ·Zbl 0853.92024号 ·doi:10.1007/BF00375614
[25] Feinberg,Martin,《化学反应网络理论基础》,应用数学科学,xxix+454页(2019),施普林格,查姆·Zbl 1420.92001年
[26] Feliu,Elisenda,双重磷酸化中多稳态的动力学空间,J.Dynam。微分方程,825-852(2022)·兹比尔1496.92028 ·doi:10.1007/s10884-020-09889-6
[27] E.Feliu和C.Wiuf。2013年,《一种排除相互作用物种网络中多稳态的计算方法》,生物信息学,29,第18期,2327-2334。
[28] E.Feliu和C.Wiuf。2013.使用中间物种简化生化模型,J.R.Soc.Interface,10,no.87,20130484·Zbl 1278.92012年9月
[29] J.Gerhard、D.Jeffrey和G.Moroz。2010年,用于求解参数多项式系统的软件包,ACM Commun。计算。代数,43,编号3-4,61-72·Zbl 1322.68281号
[30] J.Gunawardena,电子生物学家化学反应网络理论,在线阅读http://vcp.med.harvard.edu/papers/crnt, 2003.
[31] Hahn,T.,Cuba-多维数值积分库,计算。物理学。Comm.,78-95(2005)·Zbl 1196.65052号 ·doi:10.1016/j.cpc.2005.01.010
[32] Joshi,Badal,化学反应网络中的多稳态原子,J.Math。化学。,153-178 (2013) ·Zbl 1352.92186号 ·doi:10.1007/s10910-012-0072-0
[33] Kac,M.,关于随机代数方程实根的平均数,Bull。阿默尔。数学。《社会》,314-320(1943)·Zbl 0060.28602号 ·doi:10.1090/S0002-9904-1943-07912-8
[34] V.B.公司。Kothamachu、E.Feliu、L.Cardelli和O.S。索耶。2015年,《微生物信号的无限多稳态和布尔逻辑》,J.R.Soc.Interface,12,no.108,20150234。
[35] Daniel Lazard,《求解参数多项式系统》,J.符号计算。,636-667 (2007) ·兹比尔1156.14044 ·doi:10.1016/j.jsc.2007.01.007
[36] Mayr,Ernst W.,《交换半群和多项式理想的单词问题的复杂性》,《数学高级》。,305-329 (1982) ·Zbl 0506.03007号 ·doi:10.1016/0001-8708(82)90048-2
[37] Mayr,Ernst W.,Gr的维度相关边界“{o} 布纳多项式理想的基础,符号计算。,78-94 (2013) ·Zbl 1258.13032号 ·doi:10.1016/j.jsc.2011年11月2.018日
[38] 米\“{u} 勒尔,Stefan,广义多项式映射内射性的符号条件及其在化学反应网络和实代数几何中的应用,Found。计算。数学。,69-97 (2016) ·Zbl 1382.92272号 ·doi:10.1007/s10208-014-9239-3
[39] K.M.公司。南班牙文。Gyori,S.V.公司。紫水晶,D.J。Bates和J.Gunawardena。2020年。翻译后修改系统的鲁棒性和参数地理,PLOS计算。生物学16,第5期,1007573。
[40] L.Nicolaescu,《关于Kac-Rice配方》,在线阅读https://www.researchgate.net/publication/267039543_On_the_Kac-Rice_formula, 2014.
[41] 答:B。欧文,蒙特卡罗理论,方法和示例,http://statweb.stanford.edu/owen/mc/,2013年。
[42] P\'{e} 雷兹磨机{a} n个梅赛德斯,复曲面稳态化学反应系统,公牛。数学。生物学,1027-1065(2012)·兹比尔1251.92016 ·doi:10.1007/s11538-011-9685-x
[43] Rainal,A.J.,《赖斯公式的起源》,IEEE Trans。通知。理论,1383-1387(1988)·Zbl 0672.60047号 ·数字对象标识代码:10.1109/18.21276
[44] 赖斯,S.O.,随机噪声的数学分析,贝尔系统技术杂志,282-332(1944)·Zbl 0063.06485号 ·doi:10.1002/j.1538-7305.1944.tb00874.x
[45] 鲁丁,沃尔特,《数学分析原理》,《国际纯数学和应用数学丛书》,x+342页(1976),麦格劳-希尔图书公司,纽约-荷兰-D{u} 塞尔多夫 ·Zbl 0346.26002号
[46] 鲁丁,沃尔特,《真实与复杂分析》,xiv+416页(1987),麦格劳-希尔图书公司,纽约·Zbl 0925.00005
[47] A.H.公司。Sadeghimanesh,化学反应网络多稳态区域的多项式超水平集表示,预印本,2003.077642020。
[48] A.H.公司。Sadeghimanesh和M.England,改进代数工具以研究人口模型的分歧序列,CASC 2021扩展摘要,天狼星数学中心https://siriusmathcenter.ru/pr_img/1918100371/20210914/13241784/Program_010w,2021年7月10日。
[49] Sadeghimanesh,AmirHosein,《具有中间产物和二项式核心网络的网络的多稳态结构》,布尔。数学。生物学,2428-2462(2019)·Zbl 1417.92058号 ·doi:10.1007/s11538-019-00612-1
[50] A.小时。Sadeghimanesh和E.Feliu,MCKR实现,1.0版。可在线访问http://doi.org/10.5281/zenodo.4085079, 2020.
[51] A.H.公司。Sadeghimanesh和E.Feliu,MCKR计算库,版本1.0.0。可在线访问https://doi.org/10.5281/zenodo.4026954, 2020.
[52] T.Shiraishi、S.Matsuyama和H.Kitano。2010年,人类癌症网络双稳态的大规模分析,PLOS Compute。生物6,编号7,1000851。
[53] Taylor,Jonathan E.,通过Kac-Rice公式进行自适应回归推断,Ann.Statist。,743-770 (2016) ·Zbl 1337.62304号 ·doi:10.1214/15-AOS1386
[54] 王立明,关于多重无效循环中的稳态数,J.Math。生物学,29-52(2008)·Zbl 1141.92022号 ·doi:10.1007/s00285-007-0145-z
[55] Ylvisarer,N.Donald,平稳高斯过程的期望零点数,《数学年鉴》。统计人员。,1043-1046 (1965) ·Zbl 0139.34201号 ·doi:10.1214/aoms/1177700077
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