利用多有限缓冲区精确求解化学主方程
定量方法
2017-07-27 v1
摘要
离散化学主方程 (dCME) 为研究介观网络中的随机性提供了基本框架。由于许多网络具有多尺度性质，反应速率差异巨大，直接求解 dCME 因状态空间爆炸而变得不可行。重要的是要以量化的误差有效地截断状态空间，从而计算出精确解。同样重要的是要知道是否已计算出所有主要的概率峰。在此，我们引入了精确 CME (ACME) 算法以获得 dCME 的直接解。利用多有限缓冲区将状态空间减少 O(n!)，可以计算出精确的稳态和时间演化网络概率景观。我们进一步描述了一个理论框架，通过将网络分解为独立的聚合出生和死亡过程，将微观状态聚合为较少数量的宏观状态，并给出了一种先验方法以快速确定稳态截断误差。给定误差容限下的有限缓冲区的最大尺寸也可以预先计算，而无需对 dCME 进行昂贵的试算求解。我们展示了三个多尺度网络的精确计算概率景观，即 6 节点 toggle switch、11 节点噬菌体 lambda 表观遗传电路和 16 节点 MAPK 级联网络，后两者此前尚无已知解。我们还展示了如何从首达时间计算稀有事件的概率，这是另一类由于时间尺度分离巨大而对基于模拟的技术构成挑战的未解难题。总体而言，ACME 方法能够为一大类网络提供 dCME 的精确且高效的解。
引用
@article{arxiv.1707.08233,
title = {Accurate Chemical Master Equation Solution Using Multi-Finite Buffers},
author = {Youfang Cao and Anna Terebus and Jie Liang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.08233},
year = {2017}
}
备注
44 pages, 13 figures