ADAM：使用计算机代数分析生物系统的离散模型

背景：许多生物系统通过离散模型进行定性建模，例如概率布尔网络、逻辑模型、Petri网和基于智能体的模型，目的是更好地理解该系统。分析这些模型完整动力学的计算复杂度随变量数量呈指数增长，这阻碍了对复杂模型的处理。尽管存在确定离散模型动力学的复杂算法，但其实现通常需要对模型公式进行劳动密集型的格式化，并且通常对没有编程技能的用户不可访问。需要模型构建者易于访问且易于使用的高效分析方法。方法：通过将离散模型转换为代数模型，可以利用计算代数中的工具来分析其动力学。具体来说，我们提出了一种识别离散模型吸引子的方法，该方法等价于求解多项式方程组，这是计算机代数中一个长期研究的问题。结果：一种高效识别吸引子的方法，以及基于网络的工具“动态代数模型分析”(ADAM)，该工具为离散模型提供了这种及其他分析方法。ADAM自动将几种离散模型类型转换为多项式动力系统，并使用计算机代数中的工具分析其动力学。基于对系统生物学中出现的离散模型和随机生成网络的广泛实验，我们发现本文提出的代数算法对于具有大多数生物系统所维持的结构（即稀疏性，即生物网络中的节点数量可能相当大，但每个节点仅受少量其他节点影响；以及鲁棒性，即吸引子数量少）的系统是快速的。