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Erschienen in: Natural Computing 1/2020

08.06.2019

Concurrency in Boolean networks

verfasst von: Thomas Chatain, Stefan Haar, Juraj Kolčák, Loïc Paulevé, Aalok Thakkar

Erschienen in: Natural Computing | Ausgabe 1/2020

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Abstract

Boolean networks (BNs) are widely used to model the qualitative dynamics of biological systems. Besides the logical rules determining the evolution of each component with respect to the state of its regulators, the scheduling of component updates can have a dramatic impact on the predicted behaviours. In this paper, we explore the use of Read (contextual) Petri Nets (RPNs) to study dynamics of BNs from a concurrency theory perspective. After showing bi-directional translations between RPNs and BNs and analogies between results on synchronism sensitivity, we illustrate that usual updating modes for BNs can miss plausible behaviours, i.e., incorrectly conclude on the absence/impossibility of reaching specific configurations. We propose an encoding of BNs capitalizing on the RPN semantics enabling more behaviour than the generalized asynchronous updating mode. The proposed encoding ensures a correct abstraction of any multivalued refinement, as one may expect to achieve when modelling biological systems with no assumption on its time features.

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Fußnoten
1
for readers familiar with Baldan et al. (2001): we will only need this immediate preemption relation \(\leadsto\) here, not the full asymmetric conflict obtained by adding causal precedence
 
Literatur
Zurück zum Zitat Chaouiya C, Remy E, Ruet P, Thieffry D (2004) Qualitative modelling of genetic networks: From logical regulatory graphs to standard Petri nets. In: Cortadella J, Reisig W (eds) Applications and theory of Petri nets 2004, 25th international conference, ICATPN 2004, Bologna, Italy, June 21–25, 2004, Proceedings, lecture notes in computer science, vol 3099, pp 137–156. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-27793-4_9 Chaouiya C, Remy E, Ruet P, Thieffry D (2004) Qualitative modelling of genetic networks: From logical regulatory graphs to standard Petri nets. In: Cortadella J, Reisig W (eds) Applications and theory of Petri nets 2004, 25th international conference, ICATPN 2004, Bologna, Italy, June 21–25, 2004, Proceedings, lecture notes in computer science, vol 3099, pp 137–156. Springer. https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-540-27793-4_​9
Zurück zum Zitat Chatain T, Paulevé L (2017) Goal-Driven Unfolding of Petri Nets. In: R. Meyer, U. Nestmann (eds.) 28th International Conference on Concurrency Theory (CONCUR 2017), Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), vol 85, pp 18:1–18:16. Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik, Dagstuhl, Germany. https://doi.org/10.4230/LIPIcs.CONCUR.2017.18 Chatain T, Paulevé L (2017) Goal-Driven Unfolding of Petri Nets. In: R. Meyer, U. Nestmann (eds.) 28th International Conference on Concurrency Theory (CONCUR 2017), Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), vol 85, pp 18:1–18:16. Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik, Dagstuhl, Germany. https://​doi.​org/​10.​4230/​LIPIcs.​CONCUR.​2017.​18
Zurück zum Zitat Courtiat J, Saïdouni D (1995) Relating maximality-based semantics to action refinement in process algebras. In: Formal description techniques VII, proceedings of the 7th IFIP WG6.1 international conference on formal description techniques, Berne, Switzerland, 1994, IFIP conference proceedings, vol 6, pp 293–308. Chapman & Hall. https://doi.org/10.1007/978-0-387-34878-0_24 CrossRef Courtiat J, Saïdouni D (1995) Relating maximality-based semantics to action refinement in process algebras. In: Formal description techniques VII, proceedings of the 7th IFIP WG6.1 international conference on formal description techniques, Berne, Switzerland, 1994, IFIP conference proceedings, vol 6, pp 293–308. Chapman & Hall. https://​doi.​org/​10.​1007/​978-0-387-34878-0_​24 CrossRef
Zurück zum Zitat Esparza J, Heljanko K (2008) Unfoldings–a partial-order approach to model checking. Springer, BerlinMATH Esparza J, Heljanko K (2008) Unfoldings–a partial-order approach to model checking. Springer, BerlinMATH
Zurück zum Zitat Popova-Zeugmann L, Heiner M, Koch I (2005) Time Petri nets for modelling and analysis of biochemical networks. Fundam Inf 67(1):149–162MathSciNetMATH Popova-Zeugmann L, Heiner M, Koch I (2005) Time Petri nets for modelling and analysis of biochemical networks. Fundam Inf 67(1):149–162MathSciNetMATH
Metadaten
Titel
Concurrency in Boolean networks
verfasst von
Thomas Chatain
Stefan Haar
Juraj Kolčák
Loïc Paulevé
Aalok Thakkar
Publikationsdatum
08.06.2019
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Natural Computing / Ausgabe 1/2020
Print ISSN: 1567-7818
Elektronische ISSN: 1572-9796
DOI
https://doi.org/10.1007/s11047-019-09748-4

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