@phdthesis{Herajy2013, author = {Herajy, Mostafa}, title = {Computational steering of multi-scale biochemical networks}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-27255}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2013}, abstract = {Computational Steering ist eine interaktive Fernsteuerung von Applikationen mit langer Laufzeit. Der Nutzer kann sie einsetzen, um Paramater "on-the-fly" einzustellen. Die stochastische und hybride Simulation von biochemischem Netzwerk ist sehr rechenintensiv. Derart aufwendige Berechnungen erfordern interaktive Techniken, die es Nutzern erm{\"o}glichen, unterschiedliche Ausf{\"u}hrungen w{\"a}hrend der Berechung zu testen. Durch die rasant fortschreitende Entwicklung der rechnergest{\"u}tzten Modellierung und Simulation biochemischer Netzwerke besteht zunehmender Bedarf, Modelle, in denen Substanzen und Reaktionen unterschiedlicher Skalierung (multi-scale models) auftreten, zu verwalten. Dabei sind Petrinetze von besonderer Bedeutung, da sie eine sehr intuitive visuelle Darstellung von Reaktionsnetzwerken erlauben. Die vorliegende Arbeit liefert folgenden Beitrag: Zun{\"a}chst werden verallgemeinerte hybride Petrinetze (GHPNbio) und deren Simulation vorgestellt, um sogenannte "steife" (engl. stiff) biochemische Netzwerke zu modellieren und zu simulieren. Schnelle Reaktionen werden dabei kontinuierlich behandelt, langsame Reaktionen dagegen werden stochastisch behandelt. Durch die Kombination der Eigenschaft von kontinuierlichen Petrinetzen (CPN) und erweiterten stochastischen Petrinetzen (XSPN) bieten GHPNbio ein hohes Maß an Ausdruckst{\"a}rke hinsichtlich Modellierung und Simulation. Die Zuordnung der Transitionen zu kontinuierlichen oder stochastischen (Paritionierung) kann dabei sowohl statisch als auch dynamisch w{\"a}hrend der Simulation vorgenommen werden. Dar{\"u}ber hinaus wird ein neues Framework vorgestellt, das Petrinetze und Computational Steering zum Zweck der Darstellung und interaktiven Simulation biochemischer Netzwerke zusammenf{\"a}hrt. Die wesentlichen Besonderheiten sind: die enge Kopplung zwischen Simulation und Visualisierung, die verteilte; kooperative; und die interaktive Simulation und die intuitive Repr{\"a}sentation biochemischer Netze. Zusammen stellen verallgemeinerte hybride Petrinetze und Computational Steering f{\"u}r Systembiologen ein n{\"u}tzliches Werkzeug dar, das helfen kann, komplexe Zusammenh{\"a}nge auf Systemebene zu verstehen. GHPNbio k{\"o}nnen dazu verwendet werden, die Simulation biochemischer Netze ohne Genauigkeitsverlust zu beschleunigen. Computational Steering erlaubt es Benutzern mit unterschiedlichem fachlichem Hintergrund biochemische Modelle gemeinsam zu bearbeiten und zu simulieren. Das vorgeschlagene Framework wurde in unserem Modellierungswerkzeug Snoopy implementiert.}, subject = {Biochemie; Systemmodell; Hybrides System; Petri-Netz; Systembiologie; Computational Steering; Interaktive Simulation; Verallgemeinerte hybride Petrinetze; Hybride Modelle biochemischer Netze; Systems biology; Computational Steering; Interactive simulation; Generalised Hybrid Petri Nets; Hybrid modelling of biochemical networks}, language = {en} }