几种外部干预算法的比较(1)
摘 要：网络干预始终是基因调控网络研究的终极目标。本文关注于8种不改变调控规则的干预算法，对这些算法的设计角度进行了分析，发现MFPT、BOA、SSD、CSSD、UC这五种算法未对存在认知风险的状态加以约束，而conSSD算法、conCSSD算法、PC算法对此加以了限制;其次，这8种算法虽从不同的角度进行干预策略的设计，但所得干预策略的应用均能改善网络的长期动态行为。
关键词：外部干预算法;干预策略;稳态分布;MFPT;BOA;SSD;CSSD;UC
中图分类号：O157.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.21.004
文章编号：1006-1959(2018)21-0010-03
, 百拇医药
Comparison of Several External Intervention Algorithms
CUI Zhen-dong，LIU Wen-bin
(School of Physics and Electronic Information Engineering of Wenzhou University， Wenzhou325035， Zhejiang，China)
Abstract：Network intervention is always the ultimate goal of gene regulation network research.This paper focuses on eight intervention algorithms that do not change the regulation rules， and analyzes the design of these algorithms. It is found that at present，the five algorithms of MFPT，BOA，SSD，CSSD，UC do not restrict the state of existence of cognitive risk， while the conSSD algorithm， conCSSD algorithm， PC algorithm do;Secondly， although the eight algorithms design the intervention strategy from different angles， the application of the intervention strategy can improve the long-term dynamic behavior of the network.
, 百拇医药
Key words：External intervention algorithm;Intervention strategy;Steady-state distribution; MFPT;BOA;SSD;CSSD;UC
基因調控网络的长期动态行为在某种层面上反映了细胞的状态(如癌变)，这往往是由关键基因的表达值决定的，该关键基因也称为目标基因。整个状态空间S可根据该基因在布尔机制下的表达值分为：期望状态集D、不期望状态集U，在D中仍存在一些模棱两可的状态Da，它们虽与不期望状态无直接关系，但却存在认知风险。特定的干预可使网络动态行为沿期望方向发展，并规避该风险，进而改变细胞状态。然而生物学中普遍存在一种情况：一个基因或蛋白质的激活(抑制)可能比其他基因或蛋白质更容易导致一个特定的细胞功能状态或显型的产生[1]。选出最佳干预基因并制定相应的干预策略便构成了干预的两大元素，且二者均是基于推理网络获取的，其在原始网络上的作用效果将直接反映是否推理出网络的核心骨架，钱晓宁将此作为了评估推理网络有效性的一个衡量准则[2]。
, http://www.100md.com
干预分为结构干预和外部干预，结构干预是一种从本质上改变状态转移路径的干预方法。它通过改变网络调控规则来达到改善稳态分布的效果[3-5]。外部干预则通过是否翻转当前状态的控制基因位来改善稳态分布，其网络结构并未发生变化[1]。本文关注于外部干预的几种典型算法MFPT(mean-first-passage-time)、BOA(basin-of-attraction)、SSD(steady-state-distribution)、CSSD(conservation-SSD)、conSSD(constrained-SSD)、conCSSD(constrained-CSSD)、UC(unconstrained-optimal-intervention)、PC(phenotypically-constrained-optimal-intervention)。从干预策略的设计角度对算法进行了分析1 外部干预算法
干预算法主要用来获取干预基因所对应的干预策略，这又可分为三种：马尔科夫策略MM、平稳策略MS、平稳确定策略MD。若uk∈MM，则uk发生的概率与时间和当前状态有关;若uk∈MS，则uk发生的概率与当前状态有关，且对于当前状态x采用策略a的概率为u(a∣x)∈[0，1]，a=1表示对当前状态的控制基因位翻转，翻转后状态记为，反之不翻转;若uk∈MD，则uk发生的概率与当前状态有关，且u(a∣x)=0或1。, 百拇医药(崔振东 刘文斌)
关键词：外部干预算法;干预策略;稳态分布;MFPT;BOA;SSD;CSSD;UC
中图分类号：O157.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.21.004
文章编号：1006-1959(2018)21-0010-03
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CUI Zhen-dong，LIU Wen-bin
(School of Physics and Electronic Information Engineering of Wenzhou University， Wenzhou325035， Zhejiang，China)
Abstract：Network intervention is always the ultimate goal of gene regulation network research.This paper focuses on eight intervention algorithms that do not change the regulation rules， and analyzes the design of these algorithms. It is found that at present，the five algorithms of MFPT，BOA，SSD，CSSD，UC do not restrict the state of existence of cognitive risk， while the conSSD algorithm， conCSSD algorithm， PC algorithm do;Secondly， although the eight algorithms design the intervention strategy from different angles， the application of the intervention strategy can improve the long-term dynamic behavior of the network.
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Key words：External intervention algorithm;Intervention strategy;Steady-state distribution; MFPT;BOA;SSD;CSSD;UC
基因調控网络的长期动态行为在某种层面上反映了细胞的状态(如癌变)，这往往是由关键基因的表达值决定的，该关键基因也称为目标基因。整个状态空间S可根据该基因在布尔机制下的表达值分为：期望状态集D、不期望状态集U，在D中仍存在一些模棱两可的状态Da，它们虽与不期望状态无直接关系，但却存在认知风险。特定的干预可使网络动态行为沿期望方向发展，并规避该风险，进而改变细胞状态。然而生物学中普遍存在一种情况：一个基因或蛋白质的激活(抑制)可能比其他基因或蛋白质更容易导致一个特定的细胞功能状态或显型的产生[1]。选出最佳干预基因并制定相应的干预策略便构成了干预的两大元素，且二者均是基于推理网络获取的，其在原始网络上的作用效果将直接反映是否推理出网络的核心骨架，钱晓宁将此作为了评估推理网络有效性的一个衡量准则[2]。
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干预分为结构干预和外部干预，结构干预是一种从本质上改变状态转移路径的干预方法。它通过改变网络调控规则来达到改善稳态分布的效果[3-5]。外部干预则通过是否翻转当前状态的控制基因位来改善稳态分布，其网络结构并未发生变化[1]。本文关注于外部干预的几种典型算法MFPT(mean-first-passage-time)、BOA(basin-of-attraction)、SSD(steady-state-distribution)、CSSD(conservation-SSD)、conSSD(constrained-SSD)、conCSSD(constrained-CSSD)、UC(unconstrained-optimal-intervention)、PC(phenotypically-constrained-optimal-intervention)。从干预策略的设计角度对算法进行了分析1 外部干预算法
干预算法主要用来获取干预基因所对应的干预策略，这又可分为三种：马尔科夫策略MM、平稳策略MS、平稳确定策略MD。若uk∈MM，则uk发生的概率与时间和当前状态有关;若uk∈MS，则uk发生的概率与当前状态有关，且对于当前状态x采用策略a的概率为u(a∣x)∈[0，1]，a=1表示对当前状态的控制基因位翻转，翻转后状态记为，反之不翻转;若uk∈MD，则uk发生的概率与当前状态有关，且u(a∣x)=0或1。, 百拇医药(崔振东 刘文斌)