Novos algoritmos de simulação estocástica com atraso para redes gênicas

Autor: Silva, Camillo de Lellis Falcão da
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFJFUniversidade Federal de Juiz de ForaUFJF.
Druh dokumentu: masterThesis
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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Atualmente, a eficiência dos algoritmos de simulação estocástica para a simulação de redes de regulação gênica (RRG) tem motivado diversos trabalhos científicos. O interesse por tais algoritmos deve-se ao fato de as novas tecnologias em biologia celular — às vezes chamadas de tecnologias de alto rendimento (high throughput technology cell biology) — te-rem mostrado que a expressão gênica é um processo estocástico. Em RRG com atrasos, os algoritmos para simulação estocástica existentes possuem problemas — como crescimento linear da complexidade assintótica, descarte excessivo de números aleatórios durante a si-mulação e grande complexidade de codificação em linguagens de programação — que podem resultar em um baixo desempenho em relação ao tempo de processamento de simulação de uma RRG. Este trabalho apresenta um algoritmo para simulação estocástica que foi chamado de método da próxima reação simplificado (SNRM). Esse algoritmo mostrou-se mais eficiente que as outras abordagens existentes para simulações estocásticas realizadas com as RRGs com atrasos. Além do SNRM, um novo grafo de dependências para reações com atrasos também é apresentado. A utilização desse novo grafo, que foi nomeado de delayed dependency graph (DDG), aumentou consideravelmente a eficiência de todas as versões dos algoritmos de simulação estocástica com atrasos apresentados nesse trabalho. Finalmente, uma estrutura de dados que recebeu o nome de lista ordenada por hashing é utilizada para tratar a lista de produtos em espera em simulações de RRGs com atrasos. Essa estrutura de dados também se mostrou mais eficiente que uma heap em todas as simulações testadas. Com todas as melhorias mencionadas, este trabalho apresenta um conjunto de estratégias que contribui de forma efetiva para o desempenho dos algoritmos de simulação estocástica com atrasos de redes de regulação gênica.
Recently, the time efficiency of stochastic simulation algorithms for gene regulatory networks (GRN) has motivated several scientific works. Interest in such algorithms is because the new technologies in cell biology — called high-throughput technologies cell biology — have shown that gene expression is a stochastic process. In GRN with delays, the existing algorithms for stochastic simulation have some drawbacks — such as linear growth of complexity, excessive discard of random numbers, and the coding in a programming language can be hard — that result in poor performance during the simulation of very large GRN. This work presents an algorithm for stochastic simulation of GRN. We called it simplified next reaction method (SNRM). This algorithm was more efficient than other existing algorithms for stochastically simulation of GRN with delays. Besides SNRM, a new dependency graph for delayed reactions is also presented. The use of this new graph, which we named it delayed dependency graph (DDG), greatly increased the efficiency of all versions of the algorithms for stochastic simulation with delays presented in this work. Finally, a data structure that we named hashing sorted list is used to handle the waiting list of products in simulations of GRN with delays. This data structure was also more efficient than a heap in all tested simulations. With all the improvements mentioned, this work presents a set of strategies that contribute effectively to increasing performance of stochastic simulation algorithms with delays for gene regulatory networks.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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