Abgeschlossene Arbeiten

Studentische Arbeiten

Spezifikation von regelgetriebenen Simulationen biochemischer Reaktionsprozesse

Typ der Arbeit: Bachelor-Thesis
Bearbeitungsstand: Abgeschlossene Arbeiten
Arbeit abgeschlossen am: 06.04.2020
Betreuer*in: M.Sc. Sebastian Ehmes
Student*in: Tobias Niehues

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Motivation

Regelbasierte Ansätze werden seit Jahrzehnten in der Biologie für die Beschreibung und Simulation von Wachstums- oder biochemischen Prozessen verwendet. Die dabei zum Einsatz kommenden Werkzeuge sind entweder auf bestimmten Teilgebieten hochspezialisiert oder werden unabhängig von bestimmten Anwendungsdomänen entwickelt. Werkzeuge der ersten Kategorie wie Kappa unterstützen die Simulation biochemischer Prozesse hocheffizient, bieten aber beispielsweise kaum Möglichkeiten zur Berechnung komplexer Anwendungsbedingungen für Regeln. Werkzeuge der zweiten Kategorie wie eMoflon besitzen hingegen umfangreiche Möglichkeiten zur Definition komplexer Bedingungen und Programmierung von Regelanwendungsstrategien, sind aber nicht für die jeweilige Anwendungsdomäne optimiert.

Aufgabenstellung

Das Ziel dieser Abschlussarbeit ist deshalb, ein Framework zur kompakten Spezifikation oben genannter biochemischen Reaktionsprozesse zu erstellen, mit Hilfe derer regelbasierte Simulationen mit eMoflon durchgeführt werden können. Dafür soll im ersten Schritt eine domänenspezifische Sprache erstellt werden, mit der zunächst biochemische Reaktionen durch Reaktionsregeln modelliert und Modelleigenschaften spezifiziert werden können. Diese Sprache kann an existierende Ansätze angelehnt sein, wobei diese gegebenenfalls geeignet erweitert werden müssen. Hierfür ist eine gründliche Recherche durchzuführen. Im zweiten Schritt sollen die domänenspezifischen Spezifikationsmodelle transformiert werden, um von einem general-purpose Werkzeug, nämlich eMoflon, interpretierbar zu sein. Dafür müssen die Reaktionsregeln übersetzt werden und aus den Modellspezifikationen entsprechende Modellinstanzen für die Simulation generiert werden. Abschließend sollen verschiedene biochemische Reaktionsprozesse in eMoflon evaluiert werden. Im Zuge dessen sollen auch die in eMoflon integrierten Mustererkennungswerkzeuge miteinander verglichen werden.

Voraussetzungen

Gute Java Kenntnisse

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