大熊猫生态系统膜计算模型建模机制研究

Membrane computing aims to abstract computing models from the structure and the functioning of the living cell as well as from the cooperation of cells in tissues, organs, and other populations of cells. It is an emergent research front in computer science. Aiming at the key issue of little work on applications of membrane computing, this project will systematically and deeply investigate the modeling principles of membrane computing models for giant panda ecosystems from the four aspects: the study of giant panda ecosystems, the construction of membrane computing models for giant panda ecosystems, the evaluation of membrane computing models for giant panda ecosystems and the investigation of giant panda healthy populations. Considering the data analysis of giant panda ecosystems as entry point, this project focuses on how to establish a membrane computing model satisfying the characteristics of giant panda ecosystems. Subsequently, the established models will be systematically analyzed and evaluated. The healthy population of giant pandas will be further explored for the first time. Thus, the modeling principles of membrane computing models for giant panda ecosystems will be proposed and therefore the research objective of this project will be accomplished. This project will provide a new thinking and a new tool for analyzing and modeling giant panda ecosystems. The main research achievements are very helpful to guide the protection of giant pandas. A typical application of membrane computing will be explored through this project. These researches will advance the further development of membrane computing. Meanwhile, this project also offers a new thought and methodology for exploring novel computing models in computer science.

膜计算旨在研究从生命细胞的结构、功能以及从组织、器官等细胞群的协作中抽象出的计算模型，是计算机科学的前沿研究领域。针对膜计算应用基础研究非常薄弱的问题，本项目拟从大熊猫生态系统研究、大熊猫生态系统膜计算模型构建、大熊猫生态系统膜计算模型评价和大熊猫健康种群研究等四方面，系统深入地研究大熊猫生态系统膜计算模型建模机制。以大熊猫生态系统数据研究为切入点，着重解决如何构建出符合大熊猫生态系统特点的膜计算模型这一关键问题，再对所构建的模型进行系统性地分析和评价，并进一步创新性地探索大熊猫健康种群的构成，提出大熊猫生态系统膜计算模型建模机制，实现项目研究目标。本项目将为大熊猫生态系统建模和分析提供一种新思路、新工具，其研究成果将为更有效保护大熊猫提供理论指导，并为膜计算理论探索出典型应用实例，以推动膜计算进一步快速发展，同时，本项目也为计算机科学探索新型计算模型提供新的思路和方法。

膜计算旨在研究从生命细胞的结构、功能以及从组织、器官等细胞群的协作中抽象出的计算模型，是计算机科学的前沿研究领域。针对膜计算应用基础研究非常薄弱的问题，本项目研究大熊猫生态系统的建模机制。通过四年多艰苦努力和富有成效的研究工作, 实现了提出大熊猫生态系统膜计算模型建模机制的项目研究目标，获得了具有创新性的研究成果，在大熊猫生态系统研究、大熊猫生态系统膜计算模型构建、大熊猫生态系统膜计算模型评价和大熊猫健康种群研究等四方面获得了重要研究结果：(1) 搜集和分析了全世界圈养大熊猫谱系数据，对比分析了大熊猫生态系统模型；(2) 建立了大熊猫种群膜计算概念模型、计算模型、概率膜计算模型、种群动态膜系统模型、多环境膜系统模型等9类模型，并采用MeCoSim软件仿真，获得了实验结果；(3) 分析了大熊猫种群膜计算模型的性能，提出了模型参数分析方法；(4) 提出了大熊猫最小生存种群的建模方法。获得罗马尼亚科学院Grigore Moisil奖（中国科技部网站专页报道：首位以第一作者获得罗马尼亚科学院奖的中国人，也是首位获得莫伊西尔奖的中国人）、中国科技产业化促进会科学技术奖卓越贡献奖、四川省科技进步（自然科学类）二等奖、四川省科技进步（科技进步类）二等和三等奖、国际膜计算学会年度应用成果奖、国际会议最佳(学生)论文奖5篇次；发表SCI论文31篇和其他期刊论文4篇、国际会议论文22篇；获国家授权发明专利6件，申请国家发明专利6件；国际会议邀请大会报告2次；出版专著1部，书中章节2章，客座编辑国际期刊7期，出版国际会议论文集1卷；项目负责人入选美国斯坦福大学大学发布的World Ranking of Scientists（世界排名前2%的科学家）、IET Fellow和IET Fellow Assessor、四川省学术和技术带头人。培养青年科技骨干4名、培养博士后1名、博士生6名、硕士生13名。提交项目进展、总结报告4份。出国参加学术交流和邀请外国专家来华进行学术交流共计23次。