Моделирование основных принципов биологических систем (организмы + глюкоза) — различия между версиями
Строка 4: | Строка 4: | ||
== Описание системы == | == Описание системы == | ||
− | Модель представляет из себя замкнутое поле, где в начальный момент времени случайным образом распределены организмы (обозначены черными точками). Организмы обладают массой, которая растет со временем при потреблении глюкозы. Глюкоза — параметр системы, обозначающий количество пищи в системе. Она равномерно распределена по всей системе в любой момент времени, и каждый шаг времени каждым организмом | + | Модель представляет из себя замкнутое поле, где в начальный момент времени случайным образом распределены организмы (обозначены черными точками). Организмы обладают массой, которая растет со временем при потреблении глюкозы. Глюкоза — параметр системы, обозначающий количество пищи в системе. Она равномерно распределена по всей системе в любой момент времени, и каждый шаг времени 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> — задаваемые параметры системы. Масса организма-родителя после деления | + | 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> — организм удаляется с поля (умирает), а его масса превращается в глюкозу. | + | 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>. |
− | Итого, 7 параметров | + | Итого, 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 == |
Версия 00:37, 9 ноября 2015
Жизненный цикл живых 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
Модель представляет из себя замкнутое поле, где в начальный момент времени случайным образом распределены организмы (обозначены черными точками). Организмы обладают массой, которая растет со временем при потреблении глюкозы. Глюкоза — параметр системы, обозначающий количество пищи в системе. Она равномерно распределена по всей системе в любой момент времени, и каждый шаг времени 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 .Итого, 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
Регулятор FPS позволяет установить количество шагов (итераций) в секунду. Регулятором Эксперимент можно переключаться между заранее подготовленными экспериментами. Первый эксперимент можно условно назвать "Клетка", второй "Мышь". Названия выбраны с целью развития в направлении приближения системы к реальной биологической системы. 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).
Данные рамки позволяют облегчить основную цель проекта - нахождения зависимости в развитии биологической системы от начальных параметров системы путем уменьшения количества тех самых параметров, используя знания, данные биологией.