🗊Презентация Моделирование биологических и фармацевтических объектов и процессов на основе компьютерных технологий

Моделирование биологических и фармацевтических объектов и процессов на основе компьютерных технологий

Моделирование и формализация Основные определения: Модель – некоторое упрощенное подобие реального объекта, который отражает существенные особенности (свойства) изучаемого реального объекта, явления или процесса Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Т.е. исследование объектов путем построения и изучения моделей Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемого человеком как единое целое. Каждый объект имеет имя и обладает параметрами Параметр – признак или величина, характеризующая какое-либо свойство объекта и принимаемая различные значения

Моделирование в фармации В фармации при исследованиях применяются следующие классы методов: моделирования, теоретического анализа, скринингового исследования, а также методы других медико-биологических дисциплин (биохимические, морфологические, биофизические, статистические и др.). Все названные классы методов позволяют получить объективную информацию об фармакологии лекарственных средств, патогенезе и проявлениях болезней и патологических процессов у каждого конкретного пациента, а также в условиях эксперимента. Результаты этих разработок учитывают и используют при решении актуальных фундаментальных и прикладных проблем фармации и биологии. Стремительное развитие современных информационных технологий стимулировало широкое использование моделирования в фармации.

Этапы моделирования  Этапы моделирования: 1. Постановка задачи: описание задачи, цель моделирования, формализация задачи 2. Разработка модели: информационная модель, компьютерная модель 3. Компьютерный эксперимент – план эксперимента, проведение исследования 4. Анализ результатов моделирования

Формализация задач: общие понятия Модель (от лат. мodulus – мера, образец ). Модель – это искусственно созданный человеком объект любой природы, который воссоздает и имитирует основные свойства исследуемого объекта с целью их изучения и исследования.

Объект моделирования Один и тот же объект может иметь множество моделей: Объект "ЧЕЛОВЕК" его модели: 1) химия - БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ 2) анатомия - СКЕЛЕТ, СТРОЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ 3) физика - МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА  

Формализация задач: общие понятия

Теория систем – междисциплинарная область, изучающая отношения внутри систем, а также систем между собой. Теория систем – междисциплинарная область, изучающая отношения внутри систем, а также систем между собой. Система (от греческого «совмещать») – совокупность элементов, порождающих целое.

Типы систем: Открытые системы «Черный ящик» – кибернетическая модель используемая для исследования функций системы не зависимо от ее структуры, когда неизвестен полностью закон функционирования системы.

Системный анализ Система — объединение множества, взаимно связанных элементов, представляющее часть системы более высокого порядка. Эти элементы сами являются системами более низкого порядка.

Существуют, по меньшей мере четыре свойства, которыми должен обладать объект, чтобы можно было его считать системой: Существуют, по меньшей мере четыре свойства, которыми должен обладать объект, чтобы можно было его считать системой: целостность и членимость связи организация интегративные качества

Обобщенная модель системы

Системный анализ Основные определения Элемент — часть системы, обладающая относительной самостоятельностью как подсистема. Они могут быть однородными и неоднородными. Свойства системы — имманентно присущие системе отношения (связи) между ее элементами, обусловливающие ее отличие от других систем. Структура системы — множество существенных свойств системы. Структура определяет состояние и поведение системы. Состояние системы — проявление структуры, присущей системе на данный момент времени. Поведение системы — множество ее состояний за определенный период времени. Внешняя среда системы — множество элементов с их существенными свойствами, которые не входят в данную изучаемую систему, но их изменение может вызвать изменение в ее состоянии. Вместе с исходной системой среда образует надсистему (макросистему).

Послойная декомпозиция системы

SADT: Structured Analysis and Design Technique Методология структурного анализа и проектирования Системное проектирование - это дисциплина, определяющая подсистемы, компоненты и способы их соединения, задающая ограничения, при которых система должна функционировать, выбирающая наиболее эффективное сочетание людей, машин и программного обеспечения для реализации системы. SADT - одна из самых известных и широко используемых систем проектирования.

IDEF0 - методология функционального моделирования С помощью наглядного графического языка IDEF0, изучаемая система предстает перед разработчиками и аналитиками в виде набора взаимосвязанных функций (функциональных блоков - в терминах IDEF0). Как правило, моделирование средствами IDEF0 является первым этапом изучения любой системы

SADT: Методология структурного анализа и проектирования Модель отвечает на вопросы SADT-модель дает полное, точное и адекватное описание системы, имеющее конкретное назначение. Это назначение, называемое целью модели, вытекает из формального определения модели в SADT: М есть модель системы S, если М может быть использована для получения ответов на вопросы относительно S с точностью А. Таким образом, целью модели является получение ответов на некоторую совокупность вопросов. Эта концепция SADT закладывает основы практического моделирования.

SADT: Методология структурного анализа и проектирования Модель, как иерархия диаграмм SADT-модель объединяет и организует диаграммы в иерархические структуры. Вершина этой древовидной структуры представляет собой самое общее описание системы, а ее основание состоит из наиболее детализированных описаний.

IDEF0: методология функционального моделирования Графический язык IDEF0 В основе методологии лежат четыре основных понятия: функционального блока (Activity Box) интерфейсной дуги (Arrow) декомпозиция (Decomposition). глоссарий (Glossary)

IDEF0: методология функционального моделирования Функциональный блок - Activity Box По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении (например, “производить услуги”, а не “производство услуг”).

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow Интерфейсная дуга отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию, отображенную данным функциональным блоком. Графическим отображением интерфейсной дуги является однонаправленная стрелка. Каждая интерфейсная дуга должна иметь свое уникальное наименование (Arrow Label). По требованию стандарта, наименование должно быть оборотом существительного. С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального мира (детали, вагоны, сотрудники и т.д.) или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.).

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow

IDEF0: методология функционального моделирования Интерфейсная дуга - Arrow

IDEF0: методология функционального моделирования Декомпозиция -Decomposition Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции. При этом уровень детализации процесса определяется непосредственно разработчиком модели. Декомпозиция позволяет постепенно и структурированно представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой.

Decomposition

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Органы государственной политики в сфере обеспечения ЛС

Языки описания моделей Определение XML

Базовая структура языка XML

Базовая структура языка XML

Пример XML документа в формате DocBook <book> <bookinfo> <title>My First Book</title> <author><firstname>Jane</firstname><surname>Doe</surname></author> <copyright><year>1998</year><holder>Jane Doe</holder></copyright> </bookinfo> <preface><title>Foreword</title> ... </preface> <chapter> ... </chapter> <chapter> ... </chapter> <chapter> ... </chapter> <appendix> ... </appendix> <appendix> ... </appendix> <index> ... </index> </book>

Пример XML документа в формате DocBook <chapter><title>My Chapter</title> <para> ... </para> <sect1><title>First Section</title> <para> ... </para> <example> ... </example> </sect1> </chapter>

Преобразование XML –документа в другие форматы PDF, HTML, WORD

СТАНДАРТИЗОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ НА XML

Chemical Markup Language - CML Язык разметки химической информации, был разработан британскими химиками с целью обмена описаниеми формул, молекул и других химических описаний между людьми и компьютерами.

Chemical Markup Language - CML CML состоит из следующих основных элементов: Atoms Ions Molecules - а также методов и связей: Reactions Bounds

Chemical Markup Language - CML Простейшим строительным блоком является атом: <chem> <atom> H </atom> </chem> H Комбинацией атомов описываются молекулы: <chem> <molecule> <atom n="2"> H </atom> <atom> O </atom> </molecule> </chem> H2O

Chemical Markup Language - CML Пример описание ионов: [COOH]−1 <chem> <?context-chemml-directive ion alternative b ?> <molecule> <ion charge="-1"> <atom> C </atom> <atom> O </atom> <atom> O </atom> <atom> H </atom> </ion> </molecule> </chem>

Chemical Markup Language - CML Описание химических реакций: <formula> <chem> <reaction> <molecule n="2"> <atom n="2"> H </atom> </molecule> <plus/> <molecule> <atom n="2"> O </atom> </molecule> <equilibrium/> <molecule n="2"> <atom n="2"> H </atom> <atom> O </atom> </molecule> <gives> <caption> wet feet </caption> </gives> <molecule n="2"> <atom n="2"> H </atom> <atom> O </atom> </molecule> </reaction> </chem> </formula>

Представление медико-биологической информации на XML

Systems Biology Markup Language (SBML)

SBML Оболочка содержит одну модель

How Is an SBML Document Structured?

Визуализация моделей SBML Основные функциональные единицы SBML

Описание химическиой реакции согласно SBML

Как выглядит модель записанная на SBML языке? <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <sbml xmlns = "http://www.sbml.org/sbml/level1" level = "1" version = "1"> <model name = "ATitle"> <listOfCompartments> </listOfCompartments> <listOfSpecies> </listOfSpecies> <listOfReactions> </listOfReactions> </model> </sbml>

XML info <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <sbml xmlns = "http://www.sbml.org/sbml/level1" level = "1" version = "1"> <model name = "ATitle"> <listOfCompartments> </listOfCompartments> <listOfSpecies> </listOfSpecies> <listOfReactions> </listOfReactions> </model> </sbml>

SBML оболочка <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <sbml xmlns = "http://www.sbml.org/sbml/level1" level = "1" version = "1"> <model name = "ATitle"> <listOfCompartments> </listOfCompartments> <listOfSpecies> </listOfSpecies> <listOfReactions> </listOfReactions> </model> </sbml>

Описание модели <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <sbml xmlns = "http://www.sbml.org/sbml/level1" level = "1" version = "1"> <model name = "ATitle"> <listOfCompartments> </listOfCompartments> <listOfSpecies> </listOfSpecies> <listOfReactions> </listOfReactions> </model> </sbml>

Список компартаментов <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <sbml xmlns = "http://www.sbml.org/sbml/level1" level = "1" version = "1"> <model name = "ATitle"> <listOfCompartments> </listOfCompartments> <listOfSpecies> </listOfSpecies> <listOfReactions> </listOfReactions> </model> </sbml>

Physiome Bioinformatics Гены Белки Биофиз. модели Constitutive laws Модели органов Полная модель тела

FieldML/AnatML

AnatML <body part> описание геометрических параметров объектов использование структуры данных языка CMISS <body group> соединение разных частей тела <placement> локализация частей тела в пространстве

MeshML/FieldML/RegionML MeshML элементы геомтрических элементов с соединениями FieldML базовые функции параметры полей RegionML контейнер для структур описаных на meshes и fields

Cardiome Project