一类与Bio-PEPA模型有关的反应扩散问题

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随机进程代数PEPA是用代数方法对并发系统的行为进行研究的一种形式化语言。它已成功地应用于计算机和通信系统的性能建模。随着科学技术各方面的发展,随机进程代数PEPA及其语义已经应用到多个领域,特别是近年来用来描述生物系统模型。这样产生了一种新的语言Bio-PEPA,它是PEPA的修改,能够更精确恰当地描述生化系统。为了处理大规模的进程(通常考虑的是生化反应),模型被看作是耦合的常微分方程组(ODES),而不是一个大的空间时间连续的马尔科夫链(CTMCS)。  本文将介绍一个特殊的Bio-PEPA模型,首先由它导出由五个常微分方程组成的系统,在此基础上,我们不仅考虑时间的变化,还考虑了空间位置的变化对问题的影响,从而引进扩散项,又导出了由五个偏微分方程组成的反应扩散问题。文章将主要介绍这一组反应扩散问题解的性质。  第一章主要介绍问题的来源,包括PEPA,Bio-PEPA的含义,以及本文的主要任务。  第二章首先给出Bio-PEPA语言的一些说明,包括生化网络的含义,语义语法,以及生化网络翻译到Bio-PEPA的简单说明。接着介绍一个以Bio-PEPA为模型的例子,从而导出常微分方程组(ODES)和偏微分方程组(PDES).  第三章主要介绍反应扩散问题。其中第一节给出了反应扩散方程组正平衡解的存在唯一性。第二节将五个方程转化成一定条件下等价的三个方程,从而来证明这个方程组的平衡解的局部稳定性。第三节考虑简化问题,用上下解方法来证明平衡解的全局稳定性,结果表明简化后方程组的平衡解是趋于一个常数的。  第四章是利用matlab对反应扩散问题及其简化问题进行的数值模拟,以此验证理论结果。  第五章是对文章的总结以及对未来工作的展望。
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