Моделирование основных принципов биологических систем (организмы + глюкоза) — различия между версиями
Денис (обсуждение | вклад) (→top) |
|||
| (не показано 18 промежуточных версий 2 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| − | Жизненный цикл | + | Жизненный цикл организмов, с одной стороны, подчиняется простым правилам, которые легко пронаблюдать, с другой же, помогает понять появление, существование и дальнейшее развитие всех живых организмов в целом. Именно поэтому было решено смоделировать развитие простейшей биологической системы. |
В качестве «платформы» для моделирования используется [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82 клеточный автомат]. | В качестве «платформы» для моделирования используется [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82 клеточный автомат]. | ||
== Описание системы == | == Описание системы == | ||
| − | Модель представляет из себя замкнутое поле, где в начальный момент времени | + | Модель представляет из себя замкнутое поле, где в начальный момент времени хаотично распределены организмы (обозначены черными точками). Эти элементы системы обладают массой, которая растет со временем при потреблении глюкозы. Глюкоза — параметр системы, обозначающий количество пищи в ней. Она равномерно распределена по всему полю в любой момент времени, и на каждой итерации каждым организмом поглощается определённое количество глюкозы <math>m_{pg}</math>. |
| − | Когда масса организма <math>m_{P}</math> достигает определённого значения <math>m_{req}</math>, он делится на родительский и дочерний (если вокруг родительского организма есть место для появления дочернего). Масса, требуемая для деления <math>m_{req}</math>, и масса дочернего организма <math>m_d</math> | + | Когда масса организма <math>m_{P}</math> достигает определённого значения <math>m_{req}</math>, он делится на родительский и дочерний (если вокруг родительского организма есть место для появления дочернего). Масса, требуемая для деления <math>m_{req}</math>, и масса дочернего организма <math>m_d</math> — задаваемые параметры системы. Масса организма-родителя после деления расcчитывается следующим образом: |
:<math>m_{Pa} = m_{P} - m_d</math>. | :<math>m_{Pa} = m_{P} - m_d</math>. | ||
| − | В системе определена продолжительность жизни организмов <math>t_L</math>. Когда возраст организма достигает значения <math>t_L</math> | + | В системе определена продолжительность жизни организмов <math>t_L</math>. Когда возраст организма достигает значения <math>t_L</math> — организм удаляется с поля (умирает), а его масса превращается в глюкозу. Так же, организмы могут перемещаться с некоторой вероятностью <math>p_{m}</math>. |
| − | + | В итоге мы получаем 7 параметров, задающих начальное состояние системы, каждый из которых можно регулировать: | |
| + | * Масса (количество) глюкозы; | ||
| + | * Количество глюкозы, поглощаемое в единицу времени (<math>m_{pg}</math>); | ||
| + | * Масса организмов (<math>m_{P}</math>); | ||
| + | * Масса предельная (<math>m_{req}</math>); | ||
| + | * Масса дочернего организма (<math>m_d</math>); | ||
| + | * Продолжительность жизни организма (<math>t_L</math>); | ||
| + | * Вероятность перемещения (<math>p_{m}</math>). | ||
== Программа == | == Программа == | ||
Регулятор '''FPS''' позволяет установить количество шагов (итераций) в секунду. | Регулятор '''FPS''' позволяет установить количество шагов (итераций) в секунду. | ||
| − | + | В выпадающем списке '''Эксперименты''' можно выбрать один из заранее заготовленных экспериментов. | |
| − | Первый эксперимент можно условно назвать "Клетка", второй "Мышь". Названия выбраны с целью развития в направлении приближения системы к реальной биологической | + | Первый эксперимент можно условно назвать "Клетка", второй - "Мышь". Названия выбраны с целью развития в направлении приближения системы к реальной биологической. Это накладывает более строгие рамки на соотношения между такими величинами, как "масса" и "масса,необходимая для размножения"; более строго определить параметр "вероятность передвижения"; и,что самое важное, перейти от абстрактных условных единиц к вполне реальным и ввести типичное для данного вида распределение по возрасту и массе. Для этих двух экспериментов установлены данные единицы измерения : |
| − | * Единица времени (сколько времени "проходит" в системе между двумя итерациями - четверть суток; | + | * Единица времени (сколько времени "проходит" в системе между двумя итерациями - четверть суток); |
* Единица массы - масса одной молекулы глюкозы (3 * 10<sup>-25</sup> мг). | * Единица массы - масса одной молекулы глюкозы (3 * 10<sup>-25</sup> мг). | ||
| − | + | Эти ограничения позволяют облегчить основную цель проекта - нахождения зависимости в развитии биологической системы от начальных параметров путем уменьшения количества тех самых параметров, используя знания, данные биологией. | |
| − | {{#widget:Iframe |url=http://tm.spbstu.ru/htmlets/Lebedev/Yeast.html |width = | + | {{#widget:Iframe |url=http://tm.spbstu.ru/htmlets/Lebedev/Biology/Cells/Yeast.html |width = 1120 |height=860 |border=0 }} |
Текущая версия на 18:59, 3 февраля 2016
Жизненный цикл организмов, с одной стороны, подчиняется простым правилам, которые легко пронаблюдать, с другой же, помогает понять появление, существование и дальнейшее развитие всех живых организмов в целом. Именно поэтому было решено смоделировать развитие простейшей биологической системы.
В качестве «платформы» для моделирования используется клеточный автомат.
Описание системы[править]
Модель представляет из себя замкнутое поле, где в начальный момент времени хаотично распределены организмы (обозначены черными точками). Эти элементы системы обладают массой, которая растет со временем при потреблении глюкозы. Глюкоза — параметр системы, обозначающий количество пищи в ней. Она равномерно распределена по всему полю в любой момент времени, и на каждой итерации каждым организмом поглощается определённое количество глюкозы .
Когда масса организма достигает определённого значения , он делится на родительский и дочерний (если вокруг родительского организма есть место для появления дочернего). Масса, требуемая для деления , и масса дочернего организма — задаваемые параметры системы. Масса организма-родителя после деления расcчитывается следующим образом:
- .
В системе определена продолжительность жизни организмов . Когда возраст организма достигает значения — организм удаляется с поля (умирает), а его масса превращается в глюкозу. Так же, организмы могут перемещаться с некоторой вероятностью .
В итоге мы получаем 7 параметров, задающих начальное состояние системы, каждый из которых можно регулировать:
- Масса (количество) глюкозы;
- Количество глюкозы, поглощаемое в единицу времени ();
- Масса организмов ();
- Масса предельная ();
- Масса дочернего организма ();
- Продолжительность жизни организма ();
- Вероятность перемещения ().
Программа[править]
Регулятор FPS позволяет установить количество шагов (итераций) в секунду. В выпадающем списке Эксперименты можно выбрать один из заранее заготовленных экспериментов. Первый эксперимент можно условно назвать "Клетка", второй - "Мышь". Названия выбраны с целью развития в направлении приближения системы к реальной биологической. Это накладывает более строгие рамки на соотношения между такими величинами, как "масса" и "масса,необходимая для размножения"; более строго определить параметр "вероятность передвижения"; и,что самое важное, перейти от абстрактных условных единиц к вполне реальным и ввести типичное для данного вида распределение по возрасту и массе. Для этих двух экспериментов установлены данные единицы измерения :
- Единица времени (сколько времени "проходит" в системе между двумя итерациями - четверть суток);
- Единица массы - масса одной молекулы глюкозы (3 * 10-25 мг).
Эти ограничения позволяют облегчить основную цель проекта - нахождения зависимости в развитии биологической системы от начальных параметров путем уменьшения количества тех самых параметров, используя знания, данные биологией.
