基于半张量积的布尔控制网络集可控性研究

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随着系统生物学的快速发展,基因调控网络得到了广泛的研究和深入发展.1969年Kauffman首次提出将布尔网络作为模拟和分析基因调控网络的数学模型.在布尔网络中,基因的状态可以通过布尔变量进行描述:1(活跃)或0(不活跃).此外,两个基因之间的相互作用可以通过布尔函数来确定.具有外部控制输入的布尔网络称为布尔控制网络.近年来,矩阵半张量积成为研究布尔网络的新数学工具,可以利用半张量积将布尔(控制)网络等价地转化为线性代数系统并由此分析其相关性质.主要研究内容如下:1.研究一类布尔控制网络的集成集可控性和集成集镇定性问题.首先,利用矩阵半张量积理论给出布尔控制网络等价的代数表示.其次,通过自由控制序列研究布尔控制网络的集成集可控性问题并给出相应的充分必要条件.对于布尔控制网络的集成集镇定性问题,将其转换为集成集可控性问题并给出相应的判定定理.最后,给出数值例子说明结果的有效性.2.研究概率布尔控制网络的集可控性问题.首先,根据矩阵半张量积方法得到概率布尔控制网络的代数表示.其次,借助一个新的算子构造不同的可控矩阵,进而通过可控矩阵考虑在自由控制序列和网络输入控制下概率布尔控制网络的集可控性问题,得到了概率布尔控制网络集可控性的充要条件.最后,给出数值例子说明结果的有效性.3.研究具有脉冲效应的切换布尔控制网络的集可控性问题.首先,利用矩阵半张量积方法建立具有脉冲效应的切换布尔控制网络的代数表示.其次,基于该代数表示可分别构造在自由控制序列和网络输入控制下的集可控矩阵,并通过相应的集可控矩阵得到了判定具有脉冲效应的切换布尔控制网络集可控性的充要条件.最后,给出数值实例说明结果的有效性.
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