免疫系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型及應(yīng)用.pdf

1、目前，免疫系統(tǒng)是生物研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。一方面，雖然不少研究團(tuán)隊(duì)在這方面進(jìn)行過(guò)大力的探索，取得了大量的研究成果，但依然存在著很多問(wèn)題;另一方面，雖然這些成果發(fā)現(xiàn)了許多未知細(xì)胞，并對(duì)其進(jìn)行過(guò)深入的研究，但依然不能確定這些細(xì)胞在免疫過(guò)程中的相互作用。在生物實(shí)驗(yàn)中，單純依靠實(shí)驗(yàn)儀器已經(jīng)不能處理免疫細(xì)胞中的復(fù)雜問(wèn)題了，而傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)、物理模型缺乏對(duì)免疫系統(tǒng)的宏觀性能描述，只能從局部解釋免疫學(xué)現(xiàn)象，具有一定的局限性。
　　為了更好的解釋免疫

2、學(xué)現(xiàn)象，我們嘗試用計(jì)算機(jī)的方法來(lái)模擬細(xì)胞的交互作用，以期從中發(fā)現(xiàn)免疫系統(tǒng)規(guī)律。免疫系統(tǒng)的仿真提供了在計(jì)算機(jī)中測(cè)試免疫學(xué)理論的新方法，與生物組織和試管中的實(shí)驗(yàn)相比，計(jì)算機(jī)仿真更容易設(shè)計(jì)和分析，成本更低。計(jì)算機(jī)模擬能解決手工實(shí)驗(yàn)中遇到的難題，我們可以通過(guò)建立合理的計(jì)算機(jī)模型來(lái)找出免疫系統(tǒng)中細(xì)胞的作用路徑，為進(jìn)一步建立正確的免疫系統(tǒng)模型提供有力的依據(jù)。對(duì)于計(jì)算機(jī)學(xué)家和人工智能研究者來(lái)說(shuō)，通過(guò)免疫系統(tǒng)建模和仿真能對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)、智能系統(tǒng)及新的計(jì)算模

3、型的研究提供新思路和新方法。
　　形式化B方法是少數(shù)幾種形式化軟件開(kāi)發(fā)方法之一，它建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上，貫穿于整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程，尤其適合生物等復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。本文嘗試使用B形式化方法進(jìn)行免疫系統(tǒng)的建模，首先借助UML語(yǔ)言和RUP過(guò)程對(duì)免疫系統(tǒng)進(jìn)行圖形化表示，繪制出系統(tǒng)的用例圖、類圖等，確立系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)和行為。之后借助B形式化方法的精確語(yǔ)義來(lái)產(chǎn)生準(zhǔn)確一致的系統(tǒng)規(guī)約，完成UML系統(tǒng)圖到B方法的轉(zhuǎn)換。由于B方法可以提供精確嚴(yán)格生

4、動(dòng)的證明，因此UML和B的結(jié)合可以描述一種形式化、精確化的需求，產(chǎn)生基于精化的，面向?qū)ο蟮哪Ｐ汀?br>　　原胞自動(dòng)機(jī)是一個(gè)時(shí)間和空間都離散的動(dòng)力系統(tǒng)，大量原胞通過(guò)簡(jiǎn)單的相互作用規(guī)則構(gòu)成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的演化。本文基于免疫系統(tǒng)的特性及原胞自動(dòng)機(jī)的相關(guān)原理，對(duì)免疫系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與模擬仿真，通過(guò)模擬仿真我們能夠使用計(jì)算機(jī)程序檢驗(yàn)從醫(yī)學(xué)院和動(dòng)科院實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，并驗(yàn)證該模型的動(dòng)態(tài)行為是否與研究結(jié)果相符。
　　在對(duì)免疫系統(tǒng)的仿真模擬的

5、過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)目前流行的免疫算法還有可完善之處。本文研究并改進(jìn)了免疫算法，并將其應(yīng)用在云計(jì)算任務(wù)的調(diào)度問(wèn)題中。云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算的延續(xù)和發(fā)展，其任務(wù)調(diào)度與網(wǎng)格計(jì)算中的作業(yè)調(diào)度問(wèn)題具有相似性和借鑒性，但云計(jì)算環(huán)境下的作業(yè)調(diào)度具有獨(dú)特的新特點(diǎn)。本文將免疫調(diào)度算法嵌入Cloudsim云平臺(tái)下的任務(wù)調(diào)度模塊中，對(duì)抗體抗原采用了矩陣方式的編碼，通過(guò)與其他調(diào)度算法比較，得出免疫調(diào)度算法在調(diào)度時(shí)間上有明顯的優(yōu)越性，為研究云計(jì)算任務(wù)調(diào)度問(wèn)題提供新的參考