Надсемейств a выделенных и спланированных сетей




Скачать 126.28 Kb.
НазваниеНадсемейств a выделенных и спланированных сетей
страница1/2
Дата публикации18.08.2013
Размер126.28 Kb.
ТипДокументы
vbibl.ru > Биология > Документы
  1   2
Надсемействa выделенных и спланированных сетей

Ron Milo, Shalev Itzkovitz, Nadav Kashtan, Reuven Levitt, Shai Sher-Orr, Inbal Ayzenshtat, Michal Sheffer, Uri Alon

Сложные биологические, технологические и социологические сети могут быть очень разных размеров и иметь различную связность, что делает трудным сравнение их структур. Здесь мы представляем подход к системному изучению сходства в локальных структурах сетей, основанный на смысловом профиле (significance profile, ) мелких подграфов сети в сравнении со случайными сетями. Мы нашли надсемействa сетей, ранее не имеющих отношение друг к другу, с очень похожими . Одно надсемейство, включающее в себя сети транскрипций микроорганизмов, представляет сети с ограниченной скоростью обработки информации, которые сильно ограничены во времени отклика своих компонентов. Другое надсемейство включает в себя сети оповещения протеинов, связанные с развитием генов, и нейронных схем. Еще есть надсемействa, включающие в себя сети энергосистемы, сети структур протеинов, геометрические сети, сеть Всемирной Паутины, социальные сети и сети связности слов на разных языках.

Многие сети в природе разделяют глобальные свойства. Степенная последовательность (последовательность числа ребер для каждого узла) нередко имеет длиннохвостое распределение, в котором некоторые узлы имеют намного больше связей, чем среднее значение связей в сети. Еще реальные сети часто обладают свойством “малый мир” (короткие пути между узлами) и высокой кластеризацией связей. Несмотря на эти глобальные сходства, сети из различных областей могут иметь очень разные локальные структуры. Недавно было установлено, что сети выявляют определенные особенности, называемые “фрагментами сетей” (network motifs), гораздо чаще, чем ожидалось для случайных сетей. В биологических сетях, в качестве этих фрагментов (motifs) были предложены повторяющиеся элементы схемы, которые выполняют ключевые задачи обработки информации.

Для понимания принципов построения сложных сетей, важно сравнить локальные структуры сетей из различных областей. Основной трудностью является то, что эти сети могут быть очень разных размеров (например, сеть Всемирной Паутины (WWW) с миллионами узлов и социальные сети с десятками узлов) и иметь очень разные степенные последовательности. Здесь мы представляем подход для сравнения локальных структур сетей, который базируется на (significance profile). Для расчета сети, сеть сравнивается с ансамблем случайных сетей, которые имеют ту же степенную последовательностью. Сравнение со случайными сетями компенсирует эффекты, обусловленные размером сети и степенной последовательностью. Для каждого подграфа статистическая значимость описывается посредством показателя :



где - это число появлений -того подграфа в сети, - это среднее значение появлений -того подграфа в ансамбле случайных сетей, а - это стандартное отклонение появлений -того подграфа в ансамбле случайных сетей. – это вектор показателей , нормированных по длине 1:



Нормирование подчеркивает относительный смысл подграфов, а не абсолютный смысл. Это важно для сравнений сетей разных размеров, потому что фрагменты (подграфы, которые встречаются значительно чаще, чем ожидалось) в больших сетях обычно дают оценки выше, чем фрагменты в маленьких сетях.

На Рис.1 мы представляем 13 возможных триад направленных связей (triad significance profile, ) для сетей из различных областей. этих сетей почти всегда нечувствительны к удалению 30% ребер или к добавлению 50% новых ребер случайным образом, этим демонстрируя, что является устойчивым к потере данных или к случайным ошибкам в данных (SOM Text).



Рис.1. для сетей из различных областей.

показывает нормированные показатели для каждого из 13 триад. Сети с аналогичными сгруппированы в надсемейства. Линии, соединяющие смысловые значения служат руководством для глаз. Рассмотрены следующие сети (N и E являются количеством узлов и ребер соответственно): (i) Прямые транскрипции взаимодействий в бактерии кишечной палочки (TRANSC-E.COLI N = 424, E = 519), бацилле 'subtilis' (TRANSC-B.SUBTILIS N = 516, E = 577) и дрожжи сахаромицетов (TRANC-YEAST N = 685, E = 1052 и TRANC-YEAST-2 N = 2341, E = 3969). (ii) Отношение сигнал трансдукции взаимодействий в клетках млекопитающих, основанной на знаниях трансдукции сигнала окружающей среды (SIGNAL-TRANSDUCTION N = 491, E = 989), сети транскрипций, которые определяют развитие плодовой мухи (TRANSC-DROSOPHILA N = 110, E = 307), развитие морского ежа (TRANSC-SEAURCHIN N = 45, E = 83), и синаптических связей между нейронами (NEURONS N = 280, E = 2170). (iii) WWW гиперссылки между страницами в сайте www.nd.edu (WWW-1 N = 325729, E = 1469678 ), страницы с информацией по литературоведению Шекспира (WWW-2 N = 277114, E = 927400), а также страницы, связанные с танго, с конкретно музыкой Пьяццолло (WWW-3 N = 47870, E = 235441); и социальных сетей, в том числе людей, заключенных в тюрьмах (SOCIAL-1 N = 67, E = 182), первокурсников (SOCIAL-2 N = 28, E = 110), и студентов в курсе о лидерстве (SOCIAL-3 N = 32, E = 96). (IV), сети связности слов в тексте на английском языке (ENGLISH N = 7724, E = 46281), французском (FRENCH N = 9424, E = 24295), испанском (SPANISH N = 12642, E = 45129), японском (JAPANESE N = 3177, E = 8300) и сеть двусторонней модели графа с двумя группами узлов размерами N1 = 1000 и N2 = 10, для которых вероятность появления направленного ребра между узлами различных групп P = 0,06 и Q = 0,003 соответственно, и нет ребер между узлами в пределах одной и той же группы (BIPARTITE N = 1010, E = 1261).

Из этих анализов появляются некоторые надсемейства сетей с аналогичными . Одно надсемейство включает в себя сети сенсорной транскрипции (считывание генетического кода), которые контролируют выражение гена в бактериях и в дрожжи в ответ на внешние стимуляции. В этих сетях транскрипций узлами являются гены или опероны (генетическая функциональная единица), а ребрами являются прямые транскрипционные нормы. Были проанализированы сети из трех микроорганизмов: бактерий кишечной палочки, бацилл 'subtilis' и дрожжей сахаромицетов (род дрожжевых грибов). Эти сети имеют очень похожие (коэффициент корреляции). Они выявляют один сильный фрагмент, триаду под номером 7, которая называется “многомерной петлей”. Эти многомерные петли рассматриваются теоретически и экспериментально для выполнения задач обработки сигналов, таких, как выявление персистенций, генерация импульсов, ускорение транскрипционных ответов. Триада под номером 3, является анти - фрагментом (в значительно низкой степени представленный подграф), соответствующим поверхностной архитектуре этих сетей, которые имеют мало длинных каскадов. Эти сети являются "сенсорными сетями", для которых необходимо иметь отклик в течении минуты для кратковременных сигналов, таких как стрессы и питательные вещества. Минимальное время, необходимое для отклика (для первых протеинов, которые будут выданы) должен быть порядка минуты. Если информация должна пройти дополнительные шаги (регулятор протеина должен быть выдан и скрещен с началом ее активации для включения гена), то время отклика намного дольше. Экспериментальным и теоретическим путем показано, что время отклика на каждом каскадном шаге должна быть порядка продолжительности жизни ген продукта, что часто длится в десятки минут. Таким образом, эти сети являются "сетями с ограниченной скоростью" (“rate-limited networks”), в которых эталонное (желаемое) время отклика соизмерима с коротким временем отклика сетевых компонентов.

В сетях надсемейства с ограниченной скоростью длинные каскады и петли с обратной связью встречаются довольно редко. Обратные связи, как правило, закрыты протеин - протеин взаимодействием, а не транскрипцией. Чисто транскрипционные петли обратной связи редки, потому что они неустойчивы и шумны во время своих задержек, или потому что они могут быть заблокированы в безвозвратном состоянии. Оба ситуации нежелательны для сетей с сенсорной транскрипцией.

Мы нашли различные надсемейства, которые включают три вида биологической сетей: сеть сигналов трансдукций взаимодействия в клетках млекопитающих, основанных на Signal Transduction Knowledge Environment (STKE), сеть развития транскрипций, которые ведут развитие плодовой мушки, морского ежа, и сеть синаптической проводки между нейронов в 'Caenorhabditis elegans'. Эти сети показывают триады 7, 9 и 10 с положительными , и триады 1, 2, 4 и 5 с негативными (Рис.1). В отличие от сетей с сенсорной транскрипцией микроорганизмов, эти сети выявляют двух узловые обратные связи, которые регулируют или регулируются третьим узлом (триады 10, 9), и менее наклонны к каскадам (триада 3). Общей чертой этого надсемейства информационных сетей (information – processing networks) является то, что время отклика на каждом шаге, как правило, значительно короче, чем требуемое время отклика для биологических функций сети. Сети протеинов трансдукции сигнала часто нуждаются в отклике в течение часа или больше, но каждое взаимодействие может занять несколько минут или меньше. Шаги каскада в развивающих сетях может иметь время отклика в десятки минут, но контролирующие их процессы происходят гораздо медленнее, упорядочение животных по клеточному делению, может занять несколько часов. Для нейронных сетей, как правило, необходим отклик в течение одной секунды, но время отклика нейрона короче, чем 100 мс. Таким образом, показано, что это надсемейство представляет биологические информационные сети, которые не являются сетями с ограниченной скоростью.

Далее, мы проанализировали три сети WWW гиперссылок между Web -страницами, связанные с университетом, литературой или музыкой. были очень похожи ( до ). Триады 9, 10, 12 и 13 имели самые высокиe значения, a 4, 5 и 6 - самые низкиe. В высокой степени представленные триады имеют много тройных транзитивных взаимодействий, где если и , то . Например, триада 13, которая называется "клик", имеет шесть транзитивных взаимодействий, что является самой высокой возможной транзитивностью в триаде. В более низкой степени представленные триады 6, 8 и 11 являются сильно не транзитивными.

Мы также проанализировали три социальные сети, в которых узлами являются люди в группе, а ребрами - позитивный настрой одного члена группы к другому, основанный на вопросах анкет. трех социальных сетей были очень похожи (
  1   2

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconСерия 24-гигабитных коммутаторов с оптоволоконными и медными кабелями и РоЕ
Помимо этого, коммутатор является идеальным выбором для основного уровня университетских или корпоративных сетей и объединения городских...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconС. Короткий Нейронные сети: основные положения
В статье рассмотрены основы теории нейронных сетей, позволяющие в дальнейшем обратиться к конкретным структурам, алгоритмам и идеологии...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconПроект: не распространять Компания Anritsu выводит на рынок приборы...
Семейство приборов Link Master™ позволяет операторам мобильных сетей обеспечить оптимальные характеристики сетей 2G, 3G и 4G, включая...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconЗадание 1: Прочитайте рассказ Л. Толстого. Определите падеж выделенных существительных акула
Задание 1: Прочитайте рассказ Л. Толстого. Определите падеж выделенных существительных

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconПриложения к общим нелинейным задачам оптимизации 76
В книге американского автора в общедоступной форме излагаются основы построения нейрокомпьютеров. Описаны структура нейронных сетей...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconЗащита и автоматика
Настоящая глава Правил распространяется на защиту электрических сетей до 1 кВ, сооружаемых как внутри, так и вне зданий. Дополнительные...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconПравила технической эксплуатации тепло вЫх установок и сетей аутентичный перевод
Приложение 1 Журнал проверки знаний Правил технической эксплуатации тепловых установок и сетей и нд по охране труда

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconКраткое содержание в этом техническом документе, предназначенном...
В этом техническом документе, предназначенном для операторов сетей мобильной связи и операторов мобильных виртуальных сетей, содержатся...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconИнструкция по проектированию и монтажу сетей
Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб сн 478-80/Госстрой СССР. М.: Стройиздат,...

Надсемейств a выделенных и спланированных сетей iconПрограмма вопросов по государственному экзамену
Классификация систем и сетей массового обслуживания. Разомкнутые, замкнутые и комбинированные сети массового обслуживания. Локальные...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница