Regelbaserad modellering

Regelbaserad modellering är en modelleringsmetod som använder en uppsättning regler som indirekt specificerar en matematisk modell. Regeluppsättningen kan antingen översättas till en modell som Markov-kedjor eller differentialekvationer, eller behandlas med verktyg som direkt arbetar på regeluppsättningen istället för en översatt modell, eftersom den senare vanligtvis är mycket större. Regelbaserad modellering är särskilt effektiv i de fall där regeluppsättningen är betydligt enklare än modellen den innebär, vilket innebär att modellen är en upprepad manifestation av ett begränsat antal mönster. En viktig domän där detta ofta är fallet är biokemiska modeller av levande organismer. Grupper av ömsesidigt motsvarande ämnen är föremål för ömsesidigt motsvarande interaktioner.

BioNetGen är en uppsättning mjukvaruverktyg som används för att generera matematiska modeller som består av vanliga differentialekvationer utan att generera ekvationerna direkt. Till exempel nedan är en exempelregel i BioNetGen-formatet:

$A(a,a)+B(b)->A(a!1).B(b!1)$

Var:

1. A(a,a): Representerar en modellart A med två fria bindningsställen a
2. B(b): Representerar en modellart B med ett fritt bindningsställe
3. A(a!1).B(b!1): Representerar modellarter där minst ett bindningsställe för A är bundet till bindningsstället för B

Med ovanstående kodrad kommer BioNetGen automatiskt att skapa en ODE för varje modellart med rätt massbalans. Dessutom kommer ytterligare en art att skapas eftersom regeln ovan innebär att två B-molekyler kan binda till en enda A-molekyl eftersom det finns två bindningsställen. Därför kommer följande arter att genereras:

4. A(a!1,a!2).B(b!1).B(b!2): Molekyl A med båda bindningsställena upptagna av två olika B-molekyler.

För biokemiska system

Tidiga ansträngningar att använda regelbaserad modellering i simulering av biokemiska system inkluderar de stokastiska simuleringssystemen StochSim

Ett allmänt använt verktyg för regelbaserad modellering av biokemiska nätverk är BioNetGen. Det släpps under GNU GPL , version 3. BioNetGen innehåller ett språk för att beskriva kemiska ämnen, inklusive tillstånden de kan anta och bindningarna de kan genomgå. Dessa regler kan användas för att skapa en reaktionsnätverksmodell eller för att utföra datorsimuleringar direkt på regeluppsättningen. Det biokemiska modelleringsramverket Virtual Cell inkluderar en BioNetGen-tolk.

Ett nära alternativ är Kappa-språket. Ett annat alternativ är språket BioChemical Space.