時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性分析與觀測器設(shè)計的開題報告

時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性分析與觀測器設(shè)計的開題報告一、研究背景和意義基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是生命體系中重要的調(diào)節(jié)機制，其穩(wěn)定性分析和控制具有重要的理論和實際意義。然而，在生物體內(nèi)，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中存在許多時滯，這會給穩(wěn)定性分析與控制帶來很大的挑戰(zhàn)。因此，如何在時滯環(huán)境下研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及設(shè)計控制器成為一個熱門的課題。觀測器設(shè)計是控制論領(lǐng)域中常用的一種方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的準(zhǔn)確估計，并指導(dǎo)控制器的設(shè)計。在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，觀測器可以通過對基因表達(dá)量的測量對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計，并指導(dǎo)基因調(diào)控策略的優(yōu)化。因此，本研究將著重研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的時滯穩(wěn)定性分析以及觀測器設(shè)計，為生物系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究和基因調(diào)控策略的優(yōu)化提供理論和方法上的支持和指導(dǎo)。二、研究內(nèi)容和技術(shù)路線本研究的主要內(nèi)容有：基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的時滯穩(wěn)定性分析、觀測器設(shè)計與優(yōu)化。一、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的時滯穩(wěn)定性分析基于Lyapunov穩(wěn)定性理論，研究時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性分析方法，通過構(gòu)建Lyapunov函數(shù)來分析基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并研究時滯對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。結(jié)合現(xiàn)有的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型，建立時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到時滯穩(wěn)定性條件和穩(wěn)定性邊界。二、觀測器設(shè)計與優(yōu)化基于Kalman濾波器的設(shè)計思想，設(shè)計基于觀測器的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制策略，構(gòu)建基因表達(dá)量測量模型，通過觀測器對未測量狀態(tài)的估計，得到基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的準(zhǔn)確估計，為基因調(diào)控策略的優(yōu)化提供依據(jù)。三、研究計劃和進(jìn)度安排本研究的計劃和進(jìn)度安排如下：第一年：1.研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性分析方法；2.建立時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型；3.驗證時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型的穩(wěn)定性條件。第二年：1.研究基于觀測器的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制策略；2.構(gòu)建基因表達(dá)量測量模型；3.設(shè)計基于觀測器的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制策略，并進(jìn)行仿真驗證。第三年：1.優(yōu)化基于觀測器的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制策略；2.進(jìn)一步驗證控制策略的效果；3.撰寫論文。四、參考文獻(xiàn)1.HaleJ.K.andVerduyn-LunelS.M.,IntroductiontoFunctionalDifferentialEquations,NewYork:Springer-Verlag,1993.2.LiaoX.andTangY.,Stabilityanalysisofgeneticregulatorynetworkswithtimedelayandstochasticperturbation,PLoSONE,2013,8(12):e84233.3.ChenC.S.,CaoY.Y.andHsuC.H.,Statefeedbackstabilizationofgeneticregulatorynetworkswithtimedelaysbyusingalinearmatrixinequalityapproach,IEEETransactionsonCircuitsandSystemsI:RegularPapers,2011,58(3):451-462.4.ZhangL.H.andLiuY.,Observabilityofgeneticregulatorynetworkswithtime-delayedself-feedback,Automatica,2011,47(4):828-833.5.LiP.,FanY.andJiangT.,Observerdesignforgeneticregulatorynetworksw