1 / 32

Použitie metafory chemostatu ako optimalizačného algoritmu

Použitie metafory chemostatu ako optimalizačného algoritmu. Správa o stave riešenia pre Dizertačný projekt I Školiteľ : prof. Ing. Vladimír Kvasnička, DrSc. Vypracoval : Ing. Marian Bobrík. Chemostat. zariadenie používané na pestovanie biologických kultúr. Prítok živín. Organizmy +živiny.

paulos
Download Presentation

Použitie metafory chemostatu ako optimalizačného algoritmu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Použitie metafory chemostatu ako optimalizačného algoritmu Správa o stave riešenia pre Dizertačný projekt I Školiteľ : prof. Ing. Vladimír Kvasnička, DrSc. Vypracoval :Ing. Marian Bobrík

  2. Chemostat • zariadenie používané na pestovanie biologických kultúr Prítok živín Organizmy +živiny Miešanie Odtok obsahu

  3. Chemostat • Metafora pre modelovanie správania populácie • Príklad jednoduchého chemostatu

  4. Typogenetika • Zjednodušený analóg reálnych biologických molekúl • Príliš zjednodušený • sekundárna štruktúraprakticky nehrá úlohu • nie je výpočtovo univerzálny • Použiteľný na modelovanie hypercyklov

  5. Ribonukleová kyselina Štruktúra RNA Sekundárna štruktúra Terciárna štruktúra Primárna štruktúra

  6. Ribonukleová kyselina • Zároveň schopná niesť genetickú informáciu • Aj vykonávať katalytické funkcie • Vytvára širokú paletu 3D tvarov • Schopná katalyzovať vlastné kopírovanie • Hypotéza RNA sveta • RNA a umelá chémia

  7. Typy sekundárnej štruktúry Viacnásobná slučka (multiloop) Páry báz (base pairs) Vnútorná slučka (internal loop) Vydutina (bulge) Vonkajšia slučka (internal loop) Sponka (hairpin)

  8. Zápis sekundárnej štruktúry • Vždy sa dá zakresliť planárnym grafom • Množina párov • Podmienky : Ak a sú páry báz, potom pre každé páry platí

  9. A C A U G C G A G G U U U G C C G C C G G U C G G U C 0 10 20 26 ( . . ( ( ( . . . ) . ) ) ( ( ( . ( . . . ) ) ) ) ) . Zátvorkový zápis S = AUGCGAGGUUUCGCCGCACGGUCGGUC fold(S)={0●25,3●12,4●11,5●9,13●24,14●23,15●22,17●21}

  10. Stromový zápis External(0,4) 1 Bulge(1,0) 1 Multi(0,0,2) 2 1 Bulge(0,1) Bulge(1,0) 1 3 Hairpin(3) Bulge(1,0) 1 Hairpin(3)

  11. Dynamické programovanie • Minimalizácia voľnej energie • Zjednodušený výpočet

  12. Brainfuck • Extrémne jednoduchý • Výpočtovo univerzálny • Vhodný pre evolučné algoritmy

  13. A(4bit) PC(9bit) P(9bit) Memory(512x4bit) .............. ......... .............. ......... IO buffer(512x4bit) Virtuálny procesor

  14. Tabuľka inštrukcií

  15. Test hustoty replikátorov • Najjednoduchší replikátor “[<}V]“ • z 1048576 (220) náhodných programov • každý 62500 program je replikátor • Priemerná veľkosť 11.6 znaku

  16. FOR a = += = a i b & a >> a 1 a 1 Stromová reprezentácia programu • Vyššie programovacie jazyky • Genetické programovanie Príklad : for(a=i;a;a=a>>1)b+=a&1;

  17. Princíp systému RNA Genetické programovanie Konvenčný systém AL ..ACGCGUU...AUUCGCGA.. += Sekundárna štruktúra [ b & < a } V ] Stromová štruktúra Sémantika Výsledný systém

  18. Genotyp / primárna štruktúra +--+11+1Y-0000Y0101YY1+Y0+101- Výpočet pomocou DP Dodatočné informácie ROOT LoopEdges InsIncR ReadIncL Interpretácia GrabE ‘Y1+‘ GrabE ‘-‘ Sekundárna štruktúra Program Postup prekladu

  19. Program Ľavý reťazec Pravý reťazec PC L R A T bang Virtuálny procesor

  20. Typ predchádzajúcej slučky Počet báz medzi nimi Typ slučky Spôsob kódovania

  21. ... ... ... ... ... Typy slučiek: ILoop1 Hairpin MLoop ELoop BulgeL1 BulgeR1 BulgeL2 BulgeR2 ILoop2

  22. Ekvivalenty • Iné tvary sa pokladajú za MLoop BulgeL1 BulgeR1 BulgeL2 BulgeR2

  23. 0 0 1 1 1 0 0 1 Interakcia s okolím Okolie GrabEL Ľavý reťazec ...... register 111010001 L 0 1 1101 1 011 1001110 1001110 0001001000

  24. Príkazy, ktoré nezávisia od typu predchádzajúcej slučky

  25. Príkazy, ktoré závisia od predchádzajúceho typu slučky ( a nezávisia od predchádzajúceho počtu báz ).

  26. Test hustoty samoreplikátorov • Gramatika { 0,1,+,-,Y } • Energie párov E(0●1) = 15, E(+●-) = 5 • Energia sponky/znak pre N>2 = -1, inak ∞ • Energia nespárovaného znaku -1 • Grab do 5 znakov vždy uspeje • Grab na podreťazec programu vráti jeho celý reťazec • Inak nevráti nič

  27. Test hustoty samoreplikátorov • Najkratší replikátor má 24 znakov • Množstvo ekvivalentných sekvencií • “0++Y+Y+Y---0000YYY1Y1111” • Z 10000000 náhodne generovaných sekvencií • Každá cca 105000 sekvencia je replikátor • Priemerná dĺžka replikátora bola 50.4znaku

  28. Pomalý prísun náhodných reťazcov ( 1/100) odtoku Pravdepodobnosť úmerná fitness4 Duplikácia +mutácia Kopírujúci reťazec Chemostat Kopírovaný reťazec Hodnotenie fitness Náhodné ničenie reťazcov Vznik samoreplikátorov v chemostate

  29. 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Vznik samoreplikátorov v chemostate

  30. Iba samointerakcia

  31. Vlastnosti systému • Výpočtová univerzálnosť • Spontánny vznik replikátorov • Interakcie medzi programmi • Evolúcia systému replikátorov

  32. Výhľad do budúcna • Priestorová štruktúra v chemostate • Tvorba hypercyklov • Evolúcia zložitejších funkcií • Menej zjednodušený výpočet sekundárnej štruktúry

More Related