基于Agent的免疫系統(tǒng)模型研究.pdf

1、20世紀(jì)90年代，隨著生物學(xué)的進(jìn)步，人們對生物系統(tǒng)的認(rèn)識不斷深入，越來越多的計算機(jī)學(xué)家和工程師們認(rèn)識到生物系統(tǒng)完全可以作為解決更多復(fù)雜問題的重要手段，因此人們對研究生物系統(tǒng)的熱情也不斷高漲。而免疫系統(tǒng)作為人體四大信息系統(tǒng)之一也越來越受到計算機(jī)學(xué)家的青睞。通過生物學(xué)、免疫學(xué)、計算機(jī)學(xué)等多學(xué)科專家的共同努力和合作研究，人民對免疫系統(tǒng)的了解已經(jīng)達(dá)到一定的水平。
　　免疫系統(tǒng)的許多機(jī)制，比如自己-非己分子的區(qū)分、故障耐受、對外界干擾的魯棒

2、性等等都已開發(fā)應(yīng)用在工程領(lǐng)域。但總的來說人們對免疫系統(tǒng)的認(rèn)識仍然是不夠的，甚至當(dāng)前的眾多免疫系統(tǒng)理論也不能保證都是正確無誤的。所以，我們在研究免疫系統(tǒng)的過程中，一方面要努力去發(fā)現(xiàn)新的免疫現(xiàn)象和機(jī)制，另一方面還要對存在爭議的一些現(xiàn)有免疫學(xué)理論進(jìn)行驗證。以現(xiàn)有的免疫學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用計算機(jī)對免疫系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，我們可以對存在爭議的免疫學(xué)理論進(jìn)行驗證和反思。這既有一定的可行性又有一定的應(yīng)用價值。
　　眾所周知，免疫系統(tǒng)主要通過免疫細(xì)

3、胞的協(xié)同作用來完成免疫功能。這和多Agent系統(tǒng)通過每個Agent合作完成系統(tǒng)的整體目標(biāo)存在一定的相似性。因此，本文基于Agent的思想，通過為參與免疫的每種細(xì)胞定義一個相對應(yīng)的Agent，最終建立一個多Agent系統(tǒng)來模擬仿真人體的免疫系統(tǒng)，并對仿真模型及仿真結(jié)果進(jìn)行研究和分析。
　　因為免疫系統(tǒng)的復(fù)雜性，為了能夠更準(zhǔn)確的理解系統(tǒng)以便精確定義仿真中的Agent，本文先對免疫系統(tǒng)進(jìn)行分析和需求建模。本文利用UML統(tǒng)一建模語言繪制出

4、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、類圖、順序圖等，通過這些圖來我們可以詳細(xì)了解免疫系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型和動態(tài)行為模型。同時，為了確保模型的正確性和無歧義性，本文創(chuàng)造性的引入形式化B方法，將建立好的UML系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)化成B機(jī)器，通過B機(jī)器的嚴(yán)格證明來確保模型的準(zhǔn)確性。
　　構(gòu)建多Agent系統(tǒng)的關(guān)鍵是定義Agent以及不同Agent間的作用規(guī)則。免疫系統(tǒng)中包含的細(xì)胞和分子種類繁多，他們之間的相互作用更是多種多樣。完全真實的仿真出免疫系統(tǒng)所有細(xì)節(jié)是不可能的，也

5、是沒有必要的。本文選擇其中最具代表性的幾種細(xì)胞，并定義與之相對應(yīng)的Agent，然后通過為Agent預(yù)定義規(guī)則和行為來模擬這些細(xì)胞。并通過二進(jìn)制串模式匹配的方式來模擬免疫識別的過程。
　　最后本文采用Java程序語言將設(shè)計的多Agent免疫系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的計算機(jī)程序，并將流感病毒的相關(guān)參數(shù)設(shè)定到本系統(tǒng)中。在系統(tǒng)運行后將仿真得到的結(jié)果與生物學(xué)上的實驗結(jié)果進(jìn)行比較，驗證了仿真系統(tǒng)的合理性。同時用待定系數(shù)法對系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了討