PA054 Formální modely v systémové biologii

Fakulta informatiky
jaro 2020
Rozsah
2/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D.
Katedra strojového učení a zpracování dat – Fakulta informatiky
Dodavatelské pracoviště: Katedra strojového učení a zpracování dat – Fakulta informatiky
Rozvrh
Po 17. 2. až Pá 15. 5. Čt 12:00–13:50 B411
Předpoklady
Předmět předpokládá elementární znalosti formálních technik získané během bakalářského studia. Jedná se o doplňující mezioborový kurz. Kurz je explicitně doporučen pro studenty oboru Bioinformatika a je vhodným doplněním studia pro studenty všech aplikovaných i teoretických oborů, zejména Paralelní a distribuované systémy a Teoretická informatika.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 49 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Po absolvování tohoto kurzu bude student schopen: porozumět aktuálním trendům a otevřeným problémům v oblasti formálních metod pro modelování komplexních systémů; uplatnit formální metody v moderním systémovém výzkumu v biologii; použít vhodné nástroje specifické modelovanému problému
Výstupy z učení
Po absolvování tohoto kurzu bude student schopen:
- definovat aktuální problémy řešené v oblasti formálních metod pro modelování a analýzu komplexních systémů;
- aplikovat formální metody v systémové biologii;
- použít vhodné nástroje specifické danému modelu a řešenému problému.
Osnova
  • Definice problému modelování a analýzy v systémové biologii a motivace pro uplatnění formálních metod.
  • Přehled formálních metod uplatňovaných při analýze biologických hypotéz, specifikace modelu, problém velikosti modelu a stavové exploze.
  • Modelování biologických procesů: deterministický vs. nedeterministický model, spojitý vs. diskrétní model, modely s neurčitostí, aproximace a abstrakce, simulace a analýza modelu.
  • Kvalitativní modely: Boolovské sítě, Petriho sítě.
  • Kvantitativní modely: časované Boolovské sítě, Markovovy procesy, stochastické Petriho sítě, souvislost se spojitými a hybridními modely.
  • Formální specifikace modelů: rule-based specifikace, Kappa-Calculus, stochastický Pi-Calculus a související formalismy.
  • Metoda ověřování modelů (model checking): využití při validaci, vlastnosti in silico modelu vs. experimenty in vivo/in vitro, nástroje pro ověřování biologických modelů.
  • Modely s neurčitostí: zjišťování parametrů, analýza robustnosti.
Literatura
    doporučená literatura
  • Formal methods for computational systems biology : 8th International School on Formal Methods for the Design of Computer, Communication and Software Systems, SFM 2008 : Bertinoro, Italy, June 2-7, 2008 : advanced lectures. Edited by Marco Bernardo - Pierpaolo Degano - Gianluigi Zavattaro. Berlin: Springer, 2008, x, 523. ISBN 9783540688921. info
  • Computational modeling of genetic and biochemical networks. Edited by James M. Bower - Hamid Bolouri. Cambridge: Bradford Book, 2001, xx, 336. ISBN 0262524236. info
    neurčeno
  • VRIES, Gerda de. A course in mathematical biology : quantitative modeling with mathematical and computational methods. Philadelphia, Pa.: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2006, xii, 309. ISBN 0898716128. URL info
  • ALON, Uri. An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. Chapman & Hall/Crc, 2006. info
  • PALSSON, Bernhard. Systems biology : properties of reconstructed networks. 1st pub. Cambridge [England]: Cambridge University Press, 2006, xii, 322. ISBN 9780521859035. info
Výukové metody
pravidelné přednášky, skupinové projekty, nepovinné domácí úlohy
Metody hodnocení
ustní zkouška (40%), semestrální projekt (60%)
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.