论文部分内容阅读
系统生物学旨在从系统水平理解生物系统，以整体性研究为特征，其中涉及大量由相互作用的元件构成的复杂的生物系统。仅仅通过实验方法难以揭示复杂生物系统的行为机制，一种行之有效的方法是对其进行合理的数学建模和计算机数值模拟。这种方法能够帮助我们深入理解一些复杂生物现象的内在本质和动力学，并对生物系统的行为做出有根据的预测，这也是目前系统生物学的主要研究方法之一。 XPPAUT是系统生物学研究的必备工具之一，它是一款免费的动力系统数值模拟和分叉分析软件，具有卓越高效的计算能力与强大的图形表达能力，尤其在分叉分析方面独具优势。该软件方便实用，编程简洁，易于理解和掌握。 本文选取了系统生物学中关于生物动力系统的几类典型问题，对其数学模型进行了理论分析与数值模拟，详细介绍了如何基于数学软件XPPAUT实现这些问题的数值模拟分析过程，主要包括五个方面的内容：模拟随机压制振动子构成的多细胞系统随时间演化的过程、模拟网络模体的信息处理功能、mRNA与蛋白质相互作用的负反馈振子的相平面分析和分叉分析，以及组合振子多细胞系统动力学状态分布的统计分析，其中统计分析通过应用XPPAUT和C语言两种数学工具来实现。对具体实例数值模拟过程的剖析将有助于读者深入了解XPPAUT的功能和工作方式，快速掌握运用 XPPAUT研究生物动力系统的一般方法和步骤，提高研究系统生物学的能力和水平。这些方法也可融会贯通用于分析其他更为复杂的生物系统，有利于增进人们对于复杂的细胞过程和生命现象的理解。 全文主要包括三部分：第一章介绍系统生物学的若干背景知识，如系统生物学的起源和发展、研究方法以及研究工具；第二章着重介绍动力系统数值模拟和分叉分析的主要工具XPPAUT，包括XPPAUT的功能作用、工作方式、ODE文件、工作界面等方面；第三章选取系统生物学中若干典型的问题，详细介绍这些问题模型是如何在XPPAUT上完成数值模拟分析工作的。