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2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Interpretable Exact Linear Reductions via Positivity

verfasst von : Gleb Pogudin, Xingjian Zhang

Erschienen in: Computational Methods in Systems Biology

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Kinetic models of biochemical systems used in the modern literature often contain hundreds or even thousands of variables. While these models are convenient for detailed simulations, their size is often an obstacle to deriving mechanistic insights. One way to address this issue is to perform an exact model reduction by finding a self-consistent lower-dimensional projection of the corresponding dynamical system.
Recently, a new algorithm CLUE [16] has been designed and implemented, which allows one to construct an exact linear reduction of the smallest possible dimension such that the fixed variables of interest are preserved. It turned out that allowing arbitrary linear combinations (as opposed to zero-one combinations used in the prior approaches) may yield a much smaller reduction. However, there was a drawback: some of the new variables did not have clear physical meaning, thus making the reduced model harder to interpret.
We design and implement an algorithm that, given an exact linear reduction, re-parametrizes it by performing an invertible transformation of the new coordinates to improve the interpretability of the new variables. We apply our algorithm to three case studies and show that “uninterpretable” variables disappear entirely in all the case studies.
The implementation of the algorithm and the files for the case studies are available at https://​github.​com/​xjzhaang/​LumpingPostivise​r.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Antoulas, A.: Approximation of Large-Scale Dynamical Systems. Advances in Design and Control, SIAM (2005) Antoulas, A.: Approximation of Large-Scale Dynamical Systems. Advances in Design and Control, SIAM (2005)
10.
Zurück zum Zitat Fieker, C., Hart, W., Hofmann, T., Johansson, F.: Nemo/Hecke: computer algebra and number theory packages for the Julia programming language. In: Proceedings of the 2017 ACM on International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, pp. 157–164. ISSAC 2017, ACM, New York (2017). https://doi.org/10.1145/3087604.3087611 Fieker, C., Hart, W., Hofmann, T., Johansson, F.: Nemo/Hecke: computer algebra and number theory packages for the Julia programming language. In: Proceedings of the 2017 ACM on International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, pp. 157–164. ISSAC 2017, ACM, New York (2017). https://​doi.​org/​10.​1145/​3087604.​3087611
17.
Zurück zum Zitat Schrijver, A.: Theory of Linear and Integer Programming. Wiley-Blackwell (1986) Schrijver, A.: Theory of Linear and Integer Programming. Wiley-Blackwell (1986)
Metadaten
Titel
Interpretable Exact Linear Reductions via Positivity
verfasst von
Gleb Pogudin
Xingjian Zhang
Copyright-Jahr
2021
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-85633-5_6