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2012 年度 実績報告書

記号計算法と数値最適化法との組み合わせによる高精度反応パラメータ推定法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23700358
研究機関京都大学

研究代表者

中津井 雅彦  京都大学, 薬学研究科(研究院), 研究員 (10509532)

キーワード数値最適化 / パラメータ推定 / 動的システム
研究概要

本研究では、記号計算法による微分方程式モデルに基づく合理的制約条件を導入し、時系列方向の評価を加えることで、時系列データを使用した微分方程式内反応パラメータ推定の高精度化を目指す。開発した新規反応パラメータ推定法では、時系列であるという測定データの特徴を生かすため、記号計算法であるDifferential Elimination(DE)を導入した。DEは、微分方程式系を、高階微分値を含む等価な方程式系へと変換する。また、DEは任意の分子に関する項を消去できるため、ネットワーク内に測定不可能な分子が存在する場合でも適用できる。これらの制約条件式を標準誤差関数と組み合わせた、新たな評価関数を設計し、遺伝的アルゴリズムや粒子群最適化等の数値最適化手法を用いて反応パラメータの推定を行う。
本年度は、前年度に引き続き、種々の生物学的特徴を持つネットワーク構造を用い、新規開発手法の実用性を検証した。また、従来よりも高速かつ効率的に反応パラメータ推定が可能な新規数値最適化手法を適用し、反応パラメータ推定の高速化を行った。また、新規開発手法を計算サーバへ実装した。このとき、ネットワークモデル・計測データの入力・結果の出力については、表計算ソフト等で汎用的に用いられる形式(CSV形式等)で行えるようにするなど、利用者の利便性に考慮した。
本研究で開発した、生命現象の動的なふるまいを考慮した高精度反応パラメータ推定法は、生命現象のシステム論的解析および機能制御の基盤となることが期待される。また、微分方程式モデル内のパラメータ推定は、生物学のみならず、理工学の幅広い分野で利用されることから、多数の研究課題の進展に寄与することが期待できる。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Efficient numerical optimization algorithm based on new real-coded genetic algorithm, AREX + JGG and application to the inverse problem in systems biology2012

    • 著者名/発表者名
      Asako Komori, Yukihiro Maki, Masahiko Nakatsui, Isao Ono, and Masahiro Okamoto
    • 雑誌名

      Applied Mathematis

      巻: 3 ページ: 1463-1470

    • DOI

      10.4236/am.2012.330205

    • 査読あり
  • [学会発表] Chemogenomic approach to comprehensive predictions of ligand-target interactions: A comparative study2012

    • 著者名/発表者名
      J. B. Brown, Satoshi Niijima, Akira Shiraishi, Masahiko Nakatsui, and Yasuyuki Okuno
    • 学会等名
      2012 Workshop on Pharmaco-Informatics for Drug Discovery, in Conjunction with 2012 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine
    • 発表場所
      Philadelphia, PA, USA
    • 年月日
      20121004-20121007
  • [備考] S-system ネットワーク推定プラットホーム

    • URL

      http://bp.scitec.kobe-u.ac.jp:10031/sweb

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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