系统生物模型转换研究——从SBML到Stochastic Pi Calculus

分析了系统生物标记语言(SBML)模型和用随机Pi演算对生物建模(BioSPI)的不同特点,给出了两种模型之间转换的一系列处理规则;在规则的指导下将具体的SBML模型转换为BioSPI表示的程序语言,并借助分析工具来模拟该SBML模型运动变化过程.提出了自动实现转换的方法以及将转换扩展到其他进程演算形式的构想.

生物建模在高中生物教学中的运用

生物建模是以实际问题为载体,将生物建模、生物知识和计算机应用有机结合,让学生顺着科学的思路和方法建立起生物学知识和外部世界的联系,这种联系对于培养学生从生物学科的角度发现问题、提出问题、分析问题和运用生物学知识解决实际问题的能力具有重要的作用。基于此,文章探讨了生物建模对推动生物应用和人才培养的重要性以及在课堂教学中的运用策略,即利用现代科技,为学生建构三维立体化物理模型;渗透数学思维,为学生建构数学模型;借助实践活动,为学生建构概念模型。

美育视域下的高中生物学建模教学探索与实践——以“细胞的基本结构”单元教学实践为例

本文结合生物学学科特点和学生全面发展的时代需求,就如何在美育视域下开展高中生物学建模教学进行了实践和思考,通过建构基础模型和进阶模型,培养学生发现美、欣赏美、创造美的能力,发展生物学核心素养,实现从美育到互育,进而从学科教学走向学科育人。

高中生物学建模教学中学生科学思维的培养

为了促进学生科学思维的发展,文章首先阐述了相关理论,然后论述了高中生物学建模教学中学生科学思维培养的路径,最后对高中生物学建模教学中学生科学思维的培养进行了反思。

新课标视域下初中生物学建模教学策略研究

2022年版义务教育生物学课程标准中提出通过建模的方式发展学生的科学思维.课堂教学中,从问题出发,搭建脚手架,利用生物建模作为逻辑中介,可以促进学生对生物学概念和规律的认识,从而实现科学思维进阶,培养学生的生物学核心素养.

面向工程应用的生物信息系统化建模研究

生物信息在工程中的应用是仿生方法研究的核心.已有方法缺少对生物知识在工程中系统转化的支持,难以分析复杂的生物信息,造成了仿生设计的效率低下.为解决这一问题,分析了现有理论中对生物信息的分析策略,结合生物耦合机制等新理论,以工程系统的建模为基础,提出了一套面向工程应用的符号化生物信息模型,能够有效地对生物原型中的功能特性和系统特性进行描述和分析,同时是面向工程设计人员的,与传统的产品功能特性和系统组成的建模策略具有很好的相容性,克服了传统方法部分局限性.最后通过生物信息建模实例,验证了本方法的实用性与可行性.

基于特征层和二代曲波变换的多模生物特征融合识别方法

针对单模生物特征识别方法在实际应用中存在识别正确率较低的问题,提出了一种基于特征层和二代曲波变换的单样本多模生物特征融合识别方法,其采用了2种生物特征:掌纹特征和人脸特征.将所有归一化后的学习样本图像和测试图像通过组合的快速离散曲波变换和小波变换进行分解,系数经组合和规范化处理后,在特征层实现融合,融合后的特征参数送入K-最近邻分类器进行分类,从而获得最终识别结果.在香港理工大学掌纹数据库和Ljubljana大学人脸数据库上的实验结果表明,所提方法在每个类别仅使用1个学习样本的情况下,其生物特征图像的最佳平均识别正确率达到92.40%,比单模人脸、单模掌纹识别方法的识别率分别提高了35.38%和8.92%.

生物油模化物蒸汽重整制氢中催化剂的研究

连续吸附强化生物油重整制氢工艺能够实现连续高效制取氢气,对该工艺所需的颗粒状催化剂进行了制备,研究了它们对三种生物油模化物(乙醇、丙酮、苯酚)催化性能的差异.实验在固定的操作条件下进行,重整温度设定为750℃,水和碳质量比为6∶1,催化剂填充量为10 cm.结果表明,镍的加入能有效促进重整反应的进行,镁、铈、钴等助剂的添加能够提高催化剂的抗积炭性能,在所制备的催化剂中Mg-Ni/Co对三种模化物均显示出良好的催化性能.利用Mg-Ni/Co催化剂对模拟生物油进行重整制氢,其三类产氢率分别能够达到60%,70%,90%以上,且显示了良好的稳定性和再生性能.

基于ANSYS的生物质平模成型机主轴裂纹分析

针对KLC550生物质成型机主轴在工程应用中出现的裂纹现象,利用ANSYS对生物质成型机主轴进行数值模拟以及试验测试研究。首先用ANSYS对生物质成型机主轴进行数值模拟,得到了成型机主轴的应力分布,分析表明主轴最大应力发生在主轴与轴承连接的轴肩处,并超出许用应力范围;对轴的结构进行优化,加高轴肩,增大过渡圆角;然后用DH5923动态测试仪和应变片组成的测试系统进行试验。结果表明:实验结果与模拟分析相吻合,主轴的应力集中是主轴的轴肩部位及键槽周围处出现小裂纹的关键因素。

《生物系统建模与仿真》课程教学与科研结合的探讨

论述了国内外生物系统建模与仿真的发展以及该门本科教学课程的重要性,结合建模与仿真基本知识、生物医学工程学术与行业领域传统的建模与仿真、血流循环系统的可视化建模与仿真、生物信息统计与建模分析等内容结构进行了课程设置的探讨,并通过教学经验探索教学结合科研的模式,为生物医学工程本科教学课程提供了能够引导本科学生专业科研学习的模式。指出教学和科研相结合是我国本科课程建设发展的必然趋势。

基于科学思维进阶的高中生物建模教学实施与思考

借助科学思维进阶的统整作用将模型建构、模型分析和模型应用等各环节进行整合,构建逐级深化的思维方式,优化建模路径,能促使学生由浅入深、由表及里地从多维角度进行探究,形成科学的认知结构,最终完成概念的自主建构。

3种异速生长方程对生物量建模的对比分析

利用5个树种的1 055株样木的生物量实测数据,对3种常用的异速生长方程的建模效果进行比较分析。结果表明,二元生物量模型M=aDbHc的拟合效果通常要好于一元生物量模型M=aDb;基于组合变量的常用二元模型M=a(D2H)b并不适合于各类生物量的估计,仅对树干生物量和干材生物量的估计是有效的,对其它生物量的估计其效果还不如一元模型;建立树冠、树枝和树叶生物量模型时,采用组合变量D3/H可能是合适的。

基于神经网络的生物组织松弛阶段力学建模

目的以猪肾为例,通过一系列对比和类比实验分析生物组织松弛阶段压应力变化的影响因素,并建立较为准确且具有一定泛化性的生物组织松弛阶段力学模型。方法利用自搭建力学实验平台,对猪肾实施不同情况下压应力松弛实验。分析实验数据并整理作图,总结影响力变化的各种因素。基于获得结论采用神经网络学习算法,对猪肾松弛阶段力变化过程进行建模。结果预挤压力、松弛时间为生物组织松弛阶段压应力变化的主要影响因素。测试样本验证实验平均误差为6.4 m N,泛化样本验证实验平均预测误差为34.9 m N,建模效果良好。结论神经网络建模算法具有泛化能力强、容错性好等优点,有利于为虚拟手术系统提供更为真实的力触觉反馈预测,对非线性生物组织力学建模而言是一种新思路。

立木生物量建模样本数据采集方法研究

开展全国森林生物量监测和评估,建立适合较大区域范围的通用性立木生物量模型将成为必然趋势。从建立全国立木生物量模型的实际需求出发,对建模样本数据的采集方法进行专题研究。首先,在文献调研的基础上,对国内外相关研究和应用现状进行了综述。然后,结合大范围应用的实际情况,提出立木生物量建模样本的数据采集方法,其中:树干按上、中、下3个部分测量鲜重,再分别在1/10、3.5/10、7/10树高处各取2个圆盘样品测含水率;树冠分上、中、下3层测量鲜重,并分层各抽取3个标准枝测定枝、叶比例,再在各层标准枝(不含叶)和全部标准枝的树叶中抽取含水率测定样品;树根按全挖法测定鲜重,再分树蔸(树桩)、粗根(≥10 mm)、细根(<10 mm)抽取含水率测定样品。最后,提出样本数据处理和计算的有关方法。研究成果为全国立木生物量建模样本采集提供技术依据。

初探三维雕刻软件ZBrush在生物角色建模中的应用

随着科学技术的不断进步以及大众审美能力的不断提高,三维技术因其呈现给观众精美的画面和逼真的视觉效果而被广泛应用于电影特效、动画等视觉艺术领域,使片中的一些生物角色令人记忆犹新。ZBrush作为一款出色的三维数字雕刻软件,在面对复杂的生物角色建模时,其独特的建模方式以及丰富的细节表现能力,得到广泛的关注和认可。

基因调控网络的系统生物学建模

40年前分子生物学的进展使我们能够开始研究基因的功能与运作，科学家们开始考虑基因是如何通过相互影响——包括从几个基因的调控通路直到涵盖全基因组的基因网络——而产生一个生物体复杂的表型的．基因之间相互作用，它们的表达也互相影响，一个基因的表达，会随之促进或抑制另一个基因的表达．某些基因存在共表达的现象．基因之间的相互促进或抑制，构成一个复杂的调控关系网络，这是一个众所周知的事实．当然，在缺乏有效试验数据的情况下，基因网络这个概念只能作为一个抽象的模型而存在，分子生物学研究者们还是将精力放在单个基因的克隆、表达和功能分析上．

活性污泥法污水处理厂生物-水力耦合建模及校验研究

为了考察生物反应器中水力流场对污染物质生物去除效果的影响以及研究生物代谢模型对生物除磷效果模拟的情况,在FCASM1模型的基础上,结合Delft磷代谢机理模型的思想,建立完全耦合活性污泥2号模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.2,简称FCASM2);并通过一维纵向对流-弥散方程与生物场耦合,建立了生物场-水力流场耦合新模型——FCASM2-Hydro耦合模型.污水处理厂模拟结果表明,生物场-水力流场耦合模型(FCASM2-Hydro)比非耦合模型对污染物质去除过程的描述更符合实际情况.在对30d的污水处理动态模拟结果中,FCASM1和FCASM2两个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势一致,而且FCASM2的模拟值比FCASM1的模拟值更符合实测结果;在3d的污水处理动态模拟结果中,这2个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势基本一致.

天山林区六种灌木生物量的建模及其器官分配的适应性

灌木全株生物量估算模型的构建仍存在一定困难,对灌木生物量在器官分配上所体现的适应性研究也不够充分。以天山林区6种常见灌木为研究对象,在天山的东段、中段、西段林区分别设置样地进行群落调查,由此以全株收获法取得6种常见灌木若干标准株的全株、根、枝、叶及各径级根的生物量,将D^2H(地径平方与高度的乘积)与V(冠幅面积与高度的乘积)分别选为估测模型的自变量,通过回归分析法建立了各种灌木全株生物量的最优估算模型,然后比较了此6种灌木全株生物量在营养器官上分配差异以及根系生物量在径级上的分配差异。结果表明:(1)天山林区6种常见灌木中,小檗(Berberis heteropoda Schrenk)、忍冬(Lonicera hispida Pall.ex Roem.et Schuet.)、栒子(Cotoneaster melanocarpus Lodd.)的全株生物量约为8.48—9.01 kg,蔷薇(Rosa spinosissima L.)、绣线菊(Spiraea hypericifolia L.)、方枝柏(Juniperus pseudosabina Fisch.et Mey.)的全株生物量约为2.71—3.20 kg;(2)蔷薇、绣线菊、栒子的全株生物量最优估测模型是以V为自变量的函数,小檗、忍冬、方枝柏的全株生物量最优估测模型是以D^2H为自变量的函数,各模型R^2值均在0.850以上,且在P<0.05水平上达到显著,模型模拟结果达到了较高的准确度;(3)6种灌木全株生物量在根、枝上的分配比重差异不显著,仅在叶上的分配比重有差异(P<0.05);根系生物量在径级上的分配均呈现随根系径级下降而减少的规律,6种灌木在径级大于2 mm根上的分配比重存在差异(P<0.05,径级大于20 mm根为P<0.01水平);(4)6种灌木全株生物量在营养器官上的分配差异以及根系生物量在径级上的分配差异均体现了各物种对其生境选择的适应策略。

多模式生物特征识别的身份验证系统

提出了一种有效的基于多模式生物特征识别的嵌入式身份验证系统,介绍了系统的流程和硬件组成,以及虹膜和掌纹两种生物特征的融合算法及其优化。该算法在图像层对虹膜和掌纹两种生物特征图像进行融合,既融合了两种模式的生物特征信息,又有效地减小了特征模版的大小,与其他传统的生物特征识别算法相比,该算法低运算复杂度的特点使其很适合在嵌入式系统实现。实验结果表明,该多模式生物特征识别身份验证系统准确、有效、安全。

肿瘤相关生物学通路的发现和建模

肿瘤是一种严重影响人类健康和生命的复杂疾病。某些生物学通路在肿瘤的发生、发展和转移的过程中发挥了关键作用,如何发现和研究肿瘤相关通路是人们面临的一大挑战。随着以基因芯片数据为代表的海量实验数据的产出,很多研究小组提出了一系列算法和模型通过整合和分析实验数据,鉴定和模拟肿瘤相关的生物学通路,发现了很多重要的生物学结论。文章对这些研究工作进行了综述,给出了一些常用的算法、软件和数据库资源,并讨论了该领域存在的问题和以后的发展方向。