计算机模拟的方法有几个?
有9个。
①形成问题,明确模拟的目的和要求。
②尽可能收集和处理系统有关的数据。
③形成数学模型,找出组成系统的各个部件,并描述它们在各时刻的状态的有关变量(一般包括输入变量、状态变量和输出变量)或参数;确定各部件之间相互作用和影响的规则,即这些描述变量之间的函数关系。选择参数和变量的时候,还须考虑它们能否辨识或求解,以及模型最后是否适于根据真实系统的数据进行检验。
④根据收集的数据确定或估计模型中的参数,并选择模型的初始状态。
⑤设计逻辑或信息的流程图,直至编制出计算机程序。
⑥程序验证,检验程序与数学模型之间的一致性,以及输入量的合理性。
⑦进行模拟试验,对给定的输入在计算机上执行程序。
⑧结果数据分析,收集和整理试验结果并作出解释。必要时可改变输入量或部分模型结构,重新进行试验。
⑨模型确认,检验由模型所得的结果与真实系统的性能数据的一致性程度。这是关系到计算机模拟是否有效的关键问题,它依赖于对真实系统本身进行试验的水平、能否获得足够的观测数据和判别一致性的准则。
可以读取一个生物的DNA序列让其在计算机的模拟环境中转录、生长和发育吗?
模拟生命,这是一个很有想象力的问题。虽然有很多理论和技术上的困难,但有很多科学家在做初步的尝试。
一. 拥有合成基因组的人造物种
说到模拟生命,不得不又提到科学狂人Craig Venter。他曾经单枪匹马与全世界科学家竞争人类基因组测序***,而且一度领先,并极大的推动了这个***的提前完成。
这位大仙早在05年,就把一个人工组装合成的基因组植入一个不含DNA的细菌,从而构建出了一个全新的能够自主***的蕈状支原体(Mycopla***a mycoides)。从某种意义上讲,是一个自然界不存在的新物种。
二. 模拟细胞
斯坦福大学前几年做了一个研究发表于《Cell》,模拟了尿道支原体(mycopla***a genitalium)内部的所有化学反应,包括所有的RNA,DNA,蛋白质,所有的大分子,代谢反应等,建立了一个完整的“虚拟细胞”。注意:这个研究也有上面那位大仙的资助和参与。
尿道支原体是最简单的生命之一,基因组小,基因少,几乎所有的代谢产物都已知或者容易被测定。这个研究证明,只要我们投入足够的计算能力,并且对生命的理解足够深入,模拟是可行的。
三. 模拟大脑
生物的DNA只能决定由基因控制的性状。基因的表达,转录翻译除了受到内部生长因素的调控外,还受到外部环境因素的调控,外部环境因素足以改变体内大部分基因的转录水平。而目前生命科学的发展还不足以了解每个基因受到各种环境条件诱导下的表达情况,特别是当环境因素与内部生长因素相结合的情况下,就更加复杂。
此外,生物的生长,发育,除了在转录水平调控外,在转录后水平,翻译水平和翻译后水平都有复杂的调控过程,如各种乙酰化,磷酸化修饰,随着现代生物学研究水平的深入发现在转录水平后的调控过程中生长发育中起着越来越重要的作用。
但是,现在的研究水平也可以做到根据DNA预测一些由基因控制的各种形状,如人的话可以根据DNA推测大致的相貌特征,如今年六月份发表在PNAS上的研究进展,就通过基因组数据与对供者的外貌表型测量联系起来,利用全基因组测序和统计建模成功实现了对每个***类身体特征进行鉴别,预测了来自不同血统的1061名参与者的生物学特征。单独来看,对于大部分性状而言,之前的预测容易超出了祖先和人口信息的限制。研究团队开发了一种最大熵算法,它整合了多个预测,以确定哪些基因组样本和表型测量来自同一个人。
如上图,左为真实面貌,右为根据DNA信息电脑预测。
然而,作者也承认这项工作挑战了当前关于基因组隐私的概念,可能会产生深远的***和法律影响。它对个人隐私、知情同意的充足性、数据识别的生存能力和价值、警方分析的潜力等都具有重大的***和法律意义,需要进行更多的公众审议。
参考文献:Lippert C, Sabatini R, Maher M C, et al. Identification of individuals by trait prediction using whole-genome sequencing data.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017, 114(38):10166.
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