布尔控制网络的系统分解
[Abstract]:With the rapid development of system biology, Boolean dynamic model, as an effective tool to analyze the interaction between genes, has become a hot issue for system biologists. Because Boolean control network can better simulate gene regulatory network, the research of Boolean control network is in the field of system biology and control science. In recent years, Cheng and his team have proposed matrix semi-tensor product operation, which provides a new theoretical tool for the study of Boolean control networks. By using matrix Semi-tensor product, the logical dynamic equations of Boolean control networks are transformed into bilinear equations, which greatly promotes the development of Boolean control networks. In the framework of matrix semi-tensor product theory, the decomposition of Boolean control networks is discussed by algebraic and graph methods. The decomposition of input, output and Kalman decomposition of Boolean control networks are proposed and solved completely. Under the condition that the maximum uncontrollable subspace and the maximum uncontrollable subspace of a Boolean control network are regular, sufficient conditions are obtained for the system decomposition of a Boolean control network. This paper is a summary of the work done by the author during his Ph.D. study. It is as follows: 1. Chapter 2 defines the state transition diagram of Boolean control networks under the algebraic framework of Boolean control networks. In set theory, the relation between vertex set and directed edge in state transition graph is analyzed, and the structure of Boolean control network and the knowledge of point set partition are effectively combined. 2. Chapter 3 discusses the decomposition of input in Boolean control network, that is, whether the state of the system can be decomposed into acceptance. Firstly, based on the logical coordinate transformation, the definition of decomposition of Boolean control network is given. By using the relationship between vertex set and directed edge in directed graph, the necessary and sufficient conditions for decomposition of input in Boolean control network are obtained, and the structure is further obtained. Then an algorithm is designed to find the decomposition form of the Boolean control network with respect to the input. Chapter 4 studies the decomposition of the Boolean control network with respect to the output, i.e. whether the state of the system can be decomposed into two parts that affect the output and do not affect the output. By using the relation between vertex set and directed edge in a directed graph and the output information of each vertex, the necessary and sufficient conditions for decomposable output of Boolean control network are obtained, and the method of constructing logical coordinate transformation is further obtained. Finally, the relationship between the decomposability of Boolean control network with respect to output and the observability of Boolean control network is analyzed. 4. Chapter 5 discusses the Kalman decomposition of Boolean control network based on the decomposition of input and output, that is, whether the state of the system is subject to external conditions. Input control and whether it affects the output can be decomposed into four subsystems. Based on the existing results of decomposition of input and output, the necessary and sufficient conditions for Kalman decomposition of Boolean control networks are given, and an algorithm is designed to find the Kalman decomposition basis of Boolean control networks. Based on the necessary and sufficient conditions, an essential characteristic of Boolean control networks different from traditional linear control systems is obtained: not all Boolean control networks can be decomposed by Kalman.
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O231
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,本文编号:2218975
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