基于基因调控网络的复杂网络多样性演化算法及应用

The project is based on the characteristics of biological networks and gene regulatory networks, diversity evolution of complex networks is proposed；Structural diversity of complex networks, diversity of dynamical behavior and diversity of evolutionary algorithms are studied. The study of this project includes according to the hierarchical structure of the gene regulatory network, we establish complex network models, study the generating mechanism of network diversity dynamical behaviors, and discover the correspondence between these behaviors and network parameters. The study of this project also includes the impact of network delay, random noises and other factors on the diversity dynamics behaviors of complex dynamic networks and diversity of evolutionary algorithms of complex networks. We propose reconstruction algorithm of gene regulatory networks in the big data environment, using the network model to simulate the complex reconstruction of gene regulatory networks and inferring the diversity structure of gene regulatory networks. Moreover, based on the understanding of diversity dynamical behaviors and evolutionary algorithms of complex dynamic networks, apply research of gene regulatory networks in the information security field.This project will provide theories and methods for diversity of evolutionary algorithms of complex dynamic networks. The obtained results will be important theoretical basis for modeling, analysis，design and application of the gene regulatory networks.

本项目基于生物网络和基因调控网络的特点，提出复杂网络的多样性演化问题，研究复杂网络结构多样性，动力学行为多样性和演化算法多样性。研究具体包括：基于基因调控网络的结构特征，建立复杂动态网络模型，研究网络中多样性的动力学行为产生的机理，建立网络拓扑参数与多样性的动力学行为之间的对应关系；研究网络的时延与随机噪声等因素对复杂网络的多样性的动力学行为的影响；在大数据环境下提出基因调控网络的重构算法，利用重构的复杂网络模型模拟基因调控网络的相互作用，推理出复杂多样性的基因调控网络结构；研究网络的时延与随机噪声等因素对复杂网络的演化算法多样性的影响；从而认识清楚复杂网络结构的多样性。基于对复杂网络多样性的动力学行为的认识，研究基因调控网络在信息安全中的应用。本项目研究将建立复杂网络的多样性演化算法的理论和方法，并为基因调控网络的构建、分析、设计及应用提供新的理论和方法。

本项目以基因调控网络为背景，针对复杂网络的多样性演化科学问题。生物的多样性本质上是由基因调控网络的动力学行为及其演化过程的多吸引性导致的。细胞内各物质相互作用，系统会呈现多样性的演化过程，即稳定、分叉、极限环、混沌、同步等多种不同的演化行为或者多种演化行为共存。本项目主要在基于基因调控网络的复杂网络演化机制分析与建模、基于基因调控网络的复杂网络的稳定性、分叉与混沌动力学分析、基于基因调控网络的同步控制分析等方面开展了研究。研究了几类典型基因调控网络的稳定性和分叉行为，研究了分数阶基因调控网络的稳定性与霍夫分叉，有助于理解时延和分数阶微分等因素对基因网络动力学的影响。提出一些控制策略来实现耦合基因振子网络的多同步动力学演化行为。这些研究有助于加深对基因调控网络多样化的动力学演化过程的理解。从复杂网络的角度研究生物系统的多样性，探求其背后的演化机制具有非常重要的意义。探究基因调控网络的稳定性与分岔以及网络集群的同步对于从细胞水平研究生物特征的内在机制和理解生命现象具有重要意义。