现在生物信息学已经成为了一门飞速发展的学科,前期研究人员注重对局部数据的处理与分析,随着这种局部数据的增加,人们把注意力移向了更高的层次,希望从系统的角度来研究分析生物学,所以针对生物过程的建模模拟工具成为了人们研究的重点。首先,将具有复杂性和多样性等特点的生物过程,在计算机中直观方便地进行表达并且使其适用于多种模拟方法,是本论文研究的内容之一。在很多复杂的生物过程中,存在着大量重复的简单的反应过程,并且还存在着反应时间的多尺度性。根据这些特点,本论文利用对象的封装性及独立性,改进混合函数Petri网,提出了表达生物过程的面向对象混合函数Petri网(Object Oriented Hybrid Functional Petri Net),并给出了OOHFPN的定义及相关规则。其次,更加全面有效地对建立的生物过程模型进行模拟分析,是研究的另一个主要内容。经过分析发现生物过程存在着随机性,并且在扩散起重要作用的系统中,物质的空间信息也很重要,本论文中提出了在模拟软件中增加随机扩散的模拟方法。本论文中提出的随机扩散模拟方法是基于Smoluchowski模型的,从分子的角度观察系统中物质的运动变化,将反应的发生速度换算成绑定半径,利用绑定半径判断分子间是否反应,从而将重点放在分子扩散运动上。本论文中的算法是对Smoldyn方法的一种改进,提出用时间步来控制分子的扩散运动及反应的精确性,从而避免了Smoldyn中出现的问题。而后,本论文将OOHFPN与多种模拟方法相结合,包括确定的,随机的以及随机扩散模拟方法,构成了模拟软件CellMatlab的主体。本论文利用模型视图控制模式,根据OOHFPN的结构设计并实现了CellMatlab的图形编辑器,支持用户以直观方便的形式建模。另外,为了更好地与其它软件平台进行交互,本论文提出并实现了OOHFPN与SBML之间的转换。在后台利用OOHFPN所提供的信息,用CellMatlab提供的多种模拟方法对其进行模拟。最后,实验模拟了大肠杆菌中质膜表面的配受体的结合过程,分析了扩散和空间信息对于模拟生物过程的影响,进一步验证了随机扩散模拟对于生物过程模拟的重要性。