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复杂性科学被誉为是"21世纪的科学",主要研究复杂系统与复杂性,涉及领域广泛。其中生物领域的系统最为复杂,与其它领域的系统不同,它们具有一个明显的特点:拥有“活”的元素。这些“活”元素能够主动地按照自己的目标与原则行动,并且在行动过程中改变自身的形状构造及行为方式,通过它们之间错综复杂的交互涌现出整个系统的宏观行为。这类系统的研究给复杂系统与复杂性的研究提出了新的挑战。计算机仿真作为分析、研究各种系统,尤其是复杂系统的重要工具,面对这个新的挑战,呼唤新的建模与仿真方法。
论文以复杂系统建模与仿真理论为基础,以生物复杂系统——细胞信号转导网络为立题背景,开展建模与仿真研究。本文基于多Agent系统提出了一种新颖的建模与仿真方法,采用多层次的离散空间和多样的Agent模型在介观水平上描述ST网络,并在RePast仿真平台上实现了MAPK信号转导通路和RKIP调控的ERK信号转导通路的仿真,同时将仿真应用于对MAPK信号通路的干扰实验,仿真的结果与相关文献给出的结果一致。通过多方面的仿真实验证明了:应用我们的方法进行仿真,可以简单快捷地研究细胞如何通过内部复杂的信号转导网络实现对环境信号的响应,而且能够方便地应用于探索未知感兴趣的现象,代替生物实验测试假说和进行预测。
另一方面,由于仿真对象的复杂程度不断增加,使得仿真的可信度问题日益重要,只有保证了仿真的可信度,最终的仿真结果才有实际应用的价值,仿真的可信度问题是评价仿真成功与否的重要指标。因此,本文分析和总结了现有可信度评估方法的优缺点,并在结合前人研究成果的基础上,提出了一种定性、定量与半定量综合集成的评估方法。这种方法同时结合了层次分析法、模糊集合理论、加权平均法以及二元语义信息处理等多种理论与方法,实现对定性、定量和半定量三种类型评估信息的合成,从而获得定性与定量相结合的评估结论。最后,通过对ST网络仿真的评估应用,以及与模糊综合评判法评估结果的比较,证明了方法的可行性。