甘油代谢目标函数计算问题的多层规划模型与求解方法

发布时间：2017-08-18 02:13

  本文关键词：甘油代谢目标函数计算问题的多层规划模型与求解方法

  更多相关文章： 1 3-丙二醇 甘油代谢 多层规划 优化方法

【摘要】：1,3-丙二醇作为一种重要的化工原料,对于合成性能优异的高分子聚合物单体有重要的实际应用价值,因此利用微生物发酵法生产1,3-丙二醇受到诸多学者们的广泛关注。然而,该发酵过程是一个相对难以进行优化的非线性系统,因此,应该建立和发展适应此过程的优化模型及方法,为歧化甘油生产1,3-丙二醇过程的发酵优化提供理论指导。本文以克雷伯氏杆菌歧化甘油生产1,3-丙二醇为研究背景,研究了甘油代谢目标函数的计算问题。论文研究的主要内容和取得的结果分为以下两部分:第一,为了考察最大化生物量、最大化ATP、最小化通量平方和、最小化ATP、最大化通量之和等5个代谢目标在克雷伯氏杆菌歧化甘油生产1,3-丙二醇系统中的应用情况,本文分别以这5个代谢目标为下层目标函数,以计算通量值和实验通量值之差的平方和为上层目标函数,建立了5个双层规划模型。针对所建立双层规划问题的不同特点,基于线性规划的对偶原理、非线性优化问题的K-T条件以及非线性混合整数规划方法等,将其转化为单层优化问题进行求解。结果分析表明,当代谢目标为最小化ATP时获得的计算结果最好。但其最优通量与实验通量值之间具有很大的偏差,因此,有必要寻找更合适的甘油代谢目标函数。第二,针对上述5个代谢目标无法很好描述克雷伯氏杆菌歧化甘油生产1,3-丙二醇系统的实际代谢问题,本文建立了一个可用于甘油代谢目标函数计算问题的三层规划模型。为了求解所建立的三层规划问题,提出了一种有效的优化方法。首先,将三层规划问题转化为与其等价的双层规划问题,其次,通过理论分析将双层规划问题转化为相应的单层非线性混合整数规划问题,最后,设计了迭代算法用于求解所提出的三层规划问题。结果分析表明,与已有的文献相比,本文不仅获得了与实验通量更为接近的计算通量值,而且得到了可以统一描述甘油在不同实验条件下进行歧化的代谢目标函数。
【关键词】：1 3-丙二醇 甘油代谢 多层规划 优化方法
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O221
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究概况11-13
• 1.3 本文的主要工作及具体安排13-15
• 2 预备知识15-20
• 2.1 通量平衡分析15
• 2.2 优化理论及其方法15-20
• 2.2.1 多层规划15-16
• 2.2.2 线性规划的对偶理论16-17
• 2.2.3 非线性优化问题的最优性条件17-18
• 2.2.4 非线性整数规划的分支定界法18-20
• 3 甘油代谢目标函数计算问题的双层规划模型与求解方法20-36
• 3.1 代谢反应网络20-21
• 3.2 甘油代谢目标函数计算问题的双层规划模型21-24
• 3.3 双层规划模型的求解方法24-29
• 3.4 结果分析29-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 甘油代谢目标函数计算问题的三层规划模型与求解方法36-44
• 4.1 甘油代谢目标函数计算问题的三层规划模型36-38
• 4.1.1 通量平衡分析模型36
• 4.1.2 双层规划模型36-37
• 4.1.3 三层规划模型37-38
• 4.2 三层规划模型的求解方法38-40
• 4.3 结果分析40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 结论与展望44-45
• 参考文献45-49
• 发表论文情况49-50
• 致谢50-51

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